【直播】【IJSNM杰出讲座系列】中科院纳米能源所王中林院士：基于纳米发电机的高熵能源体系的理论、技术与应用

KouShare 蔻享学术 2022-07-02

直播信息

报告题目

基于纳米发电机的高熵能源体系的理论、技术与应用

报告人

王中林院士（中国科学院北京纳米能源与系统研究所）

主持人

冷劲松院士（哈尔滨工业大学）

报告时间

2022年5月27日（周五）14:30

主办方

国际智能与纳米材料杂志

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报告人介绍

王中林院士，中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长，中科院大学纳米学院院长、讲席教授，佐治亚理工学院终身校董事讲席教授。王教授是2019年爱因斯坦世界科学奖 (Albert Einstein World Award of Science)、2018年埃尼奖 (ENI award – The “Nobel prize”for Energy)、2015年汤森路透引文桂冠奖、2014年美国物理学会James C. McGroddy新材料奖、和2011年美国材料学会奖章 (MRS Medal) 等国际大奖得主。他是中科院外籍院士、欧洲科学院院士、加拿大工程院外籍院士，国际纳米能源领域著名刊物Nano Energy（最新IF：17.88）的创刊主编和现任主编。王院士是纳米能源研究领域的奠基人。他发展了基于纳米能源的高熵能源与新时代能源体系；开创了基于纳米发电机的自驱动系统及蓝色能源宏大领域，与基于压电电子学与压电光电子学效应的第三代半导体的崭新领域；建立了压电电子学、压电光电子学与摩擦电子学学科；发现了六个新物理效应：压电电子学效应、压电光电子学效应、压电光子学效应、摩擦伏特效应、热释光电子效应和交流光伏效应。根据Google Scholar，王中林教授论文引用超33万次，标志影响力的H指数是276。世界横跨所有领域前10万科学家终身科学影响力排第三，2019和2020年年度科学影响力排第一；材料科学世界排名第一；工程与技术世界排名第四，纳米技术排名第一。王教授有上百个美国和国际专利，并孵化了五家小企业。

报告摘要

高熵能源指的是洒落在我们环境中，分布广，量大，但很难再利用的碎片化能源，例如微风能，震动能，水波能等。高熵能源的产生是我们过多的使用化石能源，引起气候变化，而由能量守恒定律产生的必然结果。根据热力学熵增的原理，高熵能源的再利用就比较困难了。我们发明的摩擦纳米发电机(TENG)就是为了高效的利用高熵能源，为后化石能源时代做前沿技术的探索。摩擦起电是宇宙间最普遍的现象之一，存在于几乎所有的物质的不同相之间的相互接触和作用。利用接触起电效应，我们发明了摩擦纳米发电机(TENG)，其应用涉及到多个领域，例如微纳能源，自驱动传感，医疗健康，坏境保护与检测，穿戴式与柔性电子器件，安防技术等。纳米发电机不但能够提供物联网中的分布式能源，同时也有可能用来大范围收集海洋中的蓝色能源，有可能为“双碳”做出贡献。摩擦纳米发电机的原理是基于介质相对运动而产生的位移电流而把机械功转为电功的。当运动的频率变高时，就有“动而产生的电磁辐射”，为了描述这些未来科学的发展，我们推导出了低速运动介质中的动生麦克斯韦方程组（Maxwell equations for mechano-driven slow-moving media）。我们首次在电位移矢量D 中增加了Ps项（

D=ε0E+P+Ps），其代表由于机械动而产生的表面电荷而引入的极化项，在麦克斯韦方程组中由原来的电磁转换引入了代表“动生电”的物理项及其力-电-磁耦合。正是由于这一项，我们才能推算出由于动而产生的电功输出和相应的电磁波辐射。延伸的麦克斯韦方程组基于两个条件：v << c；忽略由于介质运动而产生的相对论效应。因此新推导出的方程组适用于描述工程中有多个运动介质在实验室坐标系中所观测到的电磁现象。这种实用性是传统的麦克斯韦方程组所不直接具有的，这也是为什么我们要延伸传统的麦克斯韦方程组的初衷和目的。我们关注的是动生电的输出功率和相应的电磁辐射以及与物质的相互作用。这种处理足以保证在实际技术应用中的准确性和精确性。本论坛将系统介绍摩擦纳米发电机的理论、技术与应用。

扩展阅读

1.【中科院北京纳米能源所】王中林院士：摩擦纳米发电机中的基础科学及理论

1.【北大彤程材料科学论坛】从微纳小能源到蓝色大能源-纳米发电机从“0-1”的发明与发展

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编辑：黄琦

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