最近由上海市科學(xué)學(xué)研究所、中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院和上?？茖W(xué)技術(shù)情報研究所三家機構(gòu)共同研究的《全球城市科技創(chuàng)新策源點觀察》，發(fā)布了15個最可能預(yù)見未來的科研方向，其中包括納米發(fā)電機等。

我們的生活環(huán)境中充滿了各種各樣能量，例如振動能、化學(xué)能、生物能、太陽能和熱能等，但這些能量多數(shù)未被利用起來或者利用率極低?；?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/7880/" target="_blank">納米技術(shù)的納米發(fā)電機是基于規(guī)則的氧化鋅納米線，在納米范圍內(nèi)將機械能轉(zhuǎn)化成電能，是世界上最小的發(fā)電機。

無處不在的納米發(fā)電機

它的問世完全打破了人們對“發(fā)電機”尺寸的認識極限。納米發(fā)電機能實現(xiàn)對環(huán)境中特別微小機械能的進行收集和利用。例如，空氣或水的流動、引擎的轉(zhuǎn)動、機器的運轉(zhuǎn)等引起的各種頻率的噪音、人行走時肌肉伸縮或腳對地的踩踏、甚至在人體內(nèi)由于呼吸、心跳或血液流動帶來的體內(nèi)某處壓力的細微變化，都可以帶動納米發(fā)電機產(chǎn)生電能。因此，納米發(fā)電機理論為目前實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)絡(luò)以及大數(shù)據(jù)提供了理想的電源解決方案。

目前納米發(fā)電機可以分為三類：第一類是壓電納米發(fā)電機；第二類是摩擦納米發(fā)電機；第三類為熱釋電納米發(fā)電機。一般被應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)、軍事、無線通信、無線傳感等領(lǐng)域。

在可拉伸和可穿戴電子器件飛速發(fā)展的當(dāng)今時代，研究柔性機械能收集器件具有十分重要的價值和意義。近年，以柔性材料代替聚合物商業(yè)薄膜和金屬片組裝柔性摩擦納米發(fā)電機的研究成為亮點。近來柔性摩擦納米發(fā)電機研究成果不少，例如，普渡大學(xué)研發(fā)出基于殼聚糖的柔性可降解摩擦納米發(fā)電機，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士研究團隊研究了基于仿生水母的摩擦納米發(fā)電機、用于自供電醫(yī)療產(chǎn)品的多級納米結(jié)構(gòu)纖維素纖維基摩擦納米發(fā)電機等。

小信號的精確測試充滿挑戰(zhàn)

由于納米發(fā)電自身的技術(shù)特點，在研究過程中需要測試單位面積機械能產(chǎn)生的電能，測試產(chǎn)生的電壓、微小的電流及功率信號，電壓基本在幾伏甚至幾十伏，而電流一般都是uA甚至nA級別，功率在mW甚至uW級別。如何精確測試微小電流及功率信號比較困難，對測試儀器精度和穩(wěn)定性要求非常高。泰克吉時利公司專注于微小電信號測試，史上多位物理學(xué)諾貝爾獎獲得者都使用和信賴吉時利測試儀器。在納米發(fā)電研究中，吉時利的產(chǎn)品仍是業(yè)內(nèi)的首選，尤其在微小信號測試值得信賴。

測量靈敏度的理論極限取決于在電路中的電阻所產(chǎn)生的噪聲。電壓噪聲是與電阻、帶寬和絕對溫度的乘積的平方根成正比的。圖中可見，源電阻限制了電壓測量的理論靈敏度，也就是說能準(zhǔn)確測量一個1Ω源電阻的1uV信號時，如果該信號的源電阻變成1TΩ，則該測量就會變得不可能。因為在源電阻為1MΩ時對于1uV的測量已經(jīng)接近理論極限了。這時候采用通常的數(shù)字萬用表是無法完成這類測量的，選擇合適的儀器是保證準(zhǔn)確測試微小信號前提。

納米發(fā)電測試解決方案

微小電流信號測試

方法一：采用絕緣材料納米發(fā)電技術(shù)，一般源內(nèi)阻在GΩ級，測試電流在pA級別，所以業(yè)內(nèi)都是采用靜電計6514+ Stanford SR570（低噪聲電流前置放大器）+專用的采集軟件來進行發(fā)電電流數(shù)據(jù)采集。

方法二：通用的納米發(fā)電技術(shù)，一般源內(nèi)阻在幾十到幾百MΩ，電流一般在nA、uA級別，推薦采用Keithley的SMU 2450+Kickstar軟件來測試。

電壓測試方案

方法一：對于電壓信號測試推薦選用示波器MDO3系示波器+電壓探頭測試V&T波形數(shù)據(jù)。

方法二：另外一個方法是采用高速采樣萬用表DMM7510+kickstart軟件，測試電壓變化波形。