王中林 中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長，中國科學(xué)院外籍院士和歐洲科學(xué)院院士，國家 “頂尖千人計(jì)劃”首批入選者，長江學(xué)者。在電子顯微學(xué)和納米科學(xué)方面有多項(xiàng)原創(chuàng)性和開創(chuàng)性研究成果，是納米摩擦發(fā)電技術(shù)的開創(chuàng)者。

記者：您認(rèn)為霧霾形成的主要原因是什么？

王中林：煤炭燃燒過程中產(chǎn)生大量的顆粒物，是造成空氣污染的重要原因。第二個(gè)是燃油，以我在美國多年的生活經(jīng)歷來看，國內(nèi)的汽油沒有國外的質(zhì)量高。咱們國家的車多，美國也不少，但他們那邊空氣質(zhì)量就好得多。所以我說霧霾跟燃油肯定有關(guān)，但是有多大關(guān)系，得需要專家來研究。

記者：您認(rèn)為能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式變革有何重大意義？

王中林：現(xiàn)在我們的能源生產(chǎn)方式以化石能源為主，資源就這么多，開采一點(diǎn)少一點(diǎn)，從長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展的角度講，我們還必須要考慮子孫后代的利益，能源生產(chǎn)方式必須變革。我們研發(fā)的摩擦發(fā)電新能源技術(shù)，不敢說它能解決能源問題，但至少在一定程度上開辟了新途徑。它的潛力，我們要看到。說到消費(fèi)方式，我們生活中的浪費(fèi)現(xiàn)象太普遍，改變需要每個(gè)人從自身做起，從細(xì)節(jié)做起，這一點(diǎn)國民教育很重要。

記者：以您在美國的工作生活經(jīng)歷，特別是消費(fèi)方式方面，兩個(gè)國家有什么不同？

王中林：能源消費(fèi)這方面，美國不是節(jié)約的典型國家。美國民眾家里的空調(diào)很多都是24小時(shí)開著的，汽車的排量也是最大的，所以美國長期是世界能源生產(chǎn)消費(fèi)的第一大國。它的模式，不可復(fù)制。

記者：這意味著美國的能源戰(zhàn)略與我們截然不同？

王中林：對。很簡單，美國有大量的石油儲(chǔ)存，大量的頁巖氣，人家當(dāng)然不著急。

美國煤的儲(chǔ)量很豐富，但不開采，發(fā)電多是用氣電、油電為主，而我們就不行了，我們的一次能源結(jié)構(gòu)是富煤、貧油、少氣，人口基數(shù)又很龐大。我認(rèn)為能源生產(chǎn)方式變革就是改變現(xiàn)在化石能源為主的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展綠色能源、可再生能源，當(dāng)然我們的摩擦發(fā)電技術(shù)也是未來綠色能源的新選擇。

記者：提到摩擦發(fā)電，請您介紹一下這個(gè)領(lǐng)域？

王中林：摩擦生電是常識(shí)，但摩擦只是產(chǎn)生了電壓，沒有電流，過去人們一直無法利用。我研究這個(gè)領(lǐng)域也是一次偶然，我是做材料研發(fā)的，但在一次失敗的試驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)，兩種高分子材料相接觸的過程中可以產(chǎn)生電，于是我們對這個(gè)全新的領(lǐng)域進(jìn)行了研究。

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)由納米材料構(gòu)成的薄片摩擦接觸后，再將這兩個(gè)薄片表面分離，由于物體有保持電中性的傾向，因此通過電極層將這兩個(gè)薄片與外電路連接，電子就會(huì)通過外電路在兩個(gè)電極層之間流動(dòng)，從而形成電流。依據(jù)這一原理，我們研究出了摩擦發(fā)電機(jī)。

記者：傳統(tǒng)發(fā)電都是動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電磁線圈切割產(chǎn)生電，摩擦發(fā)電機(jī)真的只需要摩擦就能發(fā)電？

王中林：是的，這與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電的原理在根本上是不同的。摩擦發(fā)電機(jī)利用的是摩擦起電和靜電感應(yīng)效應(yīng)耦合，同時(shí)配合薄層式電極的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電流的有效輸出。

當(dāng)然，最初摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電流和功率并不理想，但我們在反復(fù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電極之間的電荷轉(zhuǎn)移量可以通過材料表面有序圖案化得到極大提高，并和圖案密度呈準(zhǔn)線性關(guān)系。于是我們設(shè)計(jì)出一種圖案化陣列結(jié)構(gòu)，使摩擦發(fā)電機(jī)的輸出功率產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)在的摩擦發(fā)電裝置由平面化的圓形定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，采用表面圖案化的摩擦層和電極層，通過旋轉(zhuǎn)式接觸的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)24%~50%的能量轉(zhuǎn)化效率。

記者：這樣的能量轉(zhuǎn)化率意味著什么？

王中林：意味著它具備推廣使用價(jià)值。我們現(xiàn)在已經(jīng)研制了包括旋轉(zhuǎn)式直流摩擦發(fā)電機(jī)、潮汐能收集裝置、剎車發(fā)電模擬裝置等在內(nèi)的20多件摩擦發(fā)電裝置。而它的動(dòng)力源既可以是已被人們認(rèn)識(shí)的風(fēng)力、水力、海浪等大能源，也可以是人的行走、手的觸摸、下落的雨滴等很少被人們注意過的隨機(jī)能源，甚至車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)器的轟鳴等也可以轉(zhuǎn)化為電力。

比如說，我們可以把剎車發(fā)電裝置應(yīng)用到汽車上，這時(shí)候產(chǎn)生的電能可以提供給車內(nèi)使用。由于剎車時(shí)產(chǎn)生的摩擦力更大，也可以提供給汽車尾燈使用，這將顯著降低汽車的油耗水平。

再比如，我們可以將摩擦發(fā)電機(jī)安裝到鞋子上，在人走動(dòng)的時(shí)候，腳部對鞋底的按壓或腿的晃動(dòng)等動(dòng)作就會(huì)通過摩擦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電流，將這些電流收集起來并通過電池進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對手機(jī)充電。

記者：您認(rèn)為推廣摩擦發(fā)電有什么優(yōu)勢？

王中林：首先，摩擦發(fā)電機(jī)由薄膜高分子材料和薄膜電極材料制成，具有極輕的重量和極小的體積，其能量密度較高。因此，它特別適合于為便攜式及穿戴式電子設(shè)備或無線傳感陣列等小型電器提供電能。

其次，摩擦發(fā)電機(jī)的制作材料均為大規(guī)模工業(yè)化原料，加之其結(jié)構(gòu)簡單，制作成型簡便，使其制作成本降低，為廣泛應(yīng)用提供了極為有利的條件。對于普通人，摩擦發(fā)電機(jī)帶來的最大便利有可能是移動(dòng)通信。

第三，摩擦發(fā)電機(jī)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)為收集兩物體間的相互滑動(dòng)產(chǎn)生的能量提供了可行甚至唯一的方案。不僅如此，摩擦發(fā)電機(jī)還具有大規(guī)模收集和轉(zhuǎn)化自然界中機(jī)械能的潛力，有望成為綠色能源供給的全新途徑。

記者：那它有什么劣勢？

王中林：劣勢也有。材料方面我們實(shí)驗(yàn)做了幾千萬次，性能還沒有遞減，但不敢保證說10年沒有衰減，這個(gè)我們還沒有做到。我們還需要繼續(xù)提高它的效率，提高設(shè)計(jì)輸出功率，以便大規(guī)模推廣。另外，我覺得人們對于這方面的認(rèn)識(shí)上還不夠。

記者：在您看來摩擦發(fā)電的發(fā)展方向應(yīng)該是怎樣的？與傳統(tǒng)電磁發(fā)電的關(guān)系又將是怎樣的？

王中林：我認(rèn)為它主要有兩個(gè)方向。一是小能源方向。移動(dòng)型小能源帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)，往移動(dòng)通訊、傳感網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)展。同時(shí)會(huì)邁向家庭化、微網(wǎng)。家里自發(fā)自用，不需要儲(chǔ)存，也不需要上大電網(wǎng)，不用考慮穩(wěn)定性的技術(shù)問題。二是大能源，兆瓦級(jí)的。比如潮汐發(fā)電，在幅面1平方公里、深5米的海水中，每隔10厘米放置一個(gè)球形摩擦發(fā)電機(jī)。按照每個(gè)球形摩擦發(fā)電機(jī)的輸出功率為1毫瓦計(jì)算，海水一天24小時(shí)晝夜不停地浮動(dòng)，理論上可持續(xù)發(fā)出近100萬瓦的電，能夠點(diǎn)亮10萬盞電燈。在小能源方向，摩擦發(fā)電機(jī)的輸出具有高電壓低電流的特性，正好可以與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的低電壓高電流形成互補(bǔ)的發(fā)電方式。在大能源方向，又可以成為新能源的重要組成部分，共同優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

記者：摩擦發(fā)電的大規(guī)模推廣應(yīng)用有沒有路線圖？

王中林：有。我們期待3~5年內(nèi)在小型產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)推廣應(yīng)用，比如手機(jī)。5~10年內(nèi)在驅(qū)動(dòng)家庭電器方面實(shí)現(xiàn)突破。

10~15年實(shí)現(xiàn)規(guī)?；╇?，成為新能源發(fā)電的重要組成部分。

記者：世界上關(guān)于摩擦發(fā)電現(xiàn)在是什么狀況？

王中林：美國等歐美國家對納米能源十分重視，他們的能源管理部門、國防部都對此類項(xiàng)目有相關(guān)支持。但我們組是摩擦發(fā)電機(jī)的原創(chuàng)者和領(lǐng)先者，在人才和技術(shù)方面是全世界最領(lǐng)先的。

記者：現(xiàn)在你們的產(chǎn)品還都處在實(shí)驗(yàn)室階段，距離技術(shù)轉(zhuǎn)化還有多遠(yuǎn)？

王中林：現(xiàn)在已經(jīng)有企業(yè)在和我們聯(lián)系，包括意法半導(dǎo)體、聯(lián)想、三星、南鐵等都與我們有接觸，估計(jì)產(chǎn)品距離投產(chǎn)并不遙遠(yuǎn)。