首先要說明一個事，王中林跟王中磊和王中軍沒有關系。雖然王中林比華誼兄弟兩個人加在一塊兒還要帥，但華誼兄弟的名氣比王中林大的多，而王中林所做的事情，卻比華誼兄弟有意思也有意義的多。

當然要不了多長時間，王中林可能就要比王中磊和王中軍加在一塊兒都有名了，假如他能夠獲得諾貝爾獎的話。起碼現在，湯森路透已經把他評為了今年諾貝爾物理獎的大熱門。

九月二十四日，湯森路透集團（THOMSONREUTERS）在美國費城公布了2015年度引文桂冠獎（CitationLaureates）獲獎名單。我國科學院北京納米能源與系統研究所首席科學家，佐治亞理工學院終身校董事講席教授王中林院士成為物理學領域獲獎人之一。

眾所周知，湯森路透的引文桂冠獎一直被看作是諾貝爾獎的風向標，這一獎項的獲得者，往往就是諾貝爾獎的大熱門，當然這是從數據分析得到的結果，并為考慮諾貝爾獎委員會各位委員們個人的喜好因素。

根據湯森路透的表述，王中林院士此次獲獎，是由于其在一維氧化物納米結構，尤其是氧化鋅（ZnO）納米帶和納米線的制備、表征和基本物理性能理解等方面做出的原創性重大貢獻，開創了ZnO納米材料在能源、電子、光電子以及生物等領域的全新應用，由此奠定了其在ZnO納米材料領域的領頭羊地位。

他不僅發明了納米發電機，研制出世界上首個自供電納米系統，構建了一種全新的、完全由環境能源支持的微納電子器件工作模式，并提出了相關的技術標準和技術發展路線圖。

自供電納米系統的發明，解決了制約物聯網發展的微電源問題，目前已經發展為一個全新的研究領域。他還首次提出了壓電（光）電子學效應，對納米機器人、人-機界面、納米傳感器、醫學診斷及光伏技術的發展具有里程碑意義。

可以說是物聯網的大趨勢，讓王中林發明的納米電池有了用武之地，也讓湯森路透把他評為諾貝爾獎的熱門候選人。因為根據諾貝爾獎評選的傳統，一種新的理論要得到證實，一種新的技術要得到應用，才會給這種成果頒獎。

在技術領域，從過去幾年的獲獎成果就看的出來。巨磁阻的發明就因為硬盤的普及而獲獎，CCD的發明就因為數碼相機的普及而獲獎，藍光LED則因為改變了世界的照明方式而獲獎。

那么納米發電機是什么東西，是如何發揮用途。我們在2007年就曾經寫過一篇文章介紹他的發明。當時我給他在佐治亞理工的發郵件，很快就收到了詳細的回復，因為有些術語看不懂，后來又follow-up了一堆問題，他對此也是不厭其煩。

有關當時他的發明，我們還請納米技術的開創者，哈佛大學化學系教授CharlesM.Lieber作個評價，當時他就說，王教授的工作可以被看作是他真正的“tourdeforce（代表作）”，這是對一個人非常高的評價。Lieber說，王教授已經是利用納米器械進行動能-電能轉化的先行者，由于他最新的發明實現了直流和持續的輸出而顯得非常重要。

下面就是當時的那篇文章。還有一個有意思的細節，當時我們曾經寫《誰的魯能》的李其諺去發改委采訪，送給采訪對象這本雜志，看到這篇文章，采訪對象就對下屬說，這樣的技術，你們怎么就沒看到？

顛覆電池

空氣或水的流動，引擎、空調的噪音，人的行走、呼吸、心跳或是血液流動，都有可能出現電能？——這在遙遠的未來，也許并非夢想

這并非天方夜譚：只要存在運動——不管是聲音的振動，還是血液的流動，甚至人的行走——在不久的將來，或許都能被轉化成電能。

2007年四月六日出版的美國《科學》（Science）雜志上，美國佐治亞理工學院教授、我國國家納米科學中心海外主任王中林，正式向外界展示了由超聲波驅動的直流納米發電機。

實際上，早在2006年四月十一日，一向對新方法、新理論十分熱衷的《科學》雜志，就報道了王所在的小組，首次在納米（十億分之一米）尺度范圍內，將機械能轉換成電能的研究成果。

作為世界上最小的發電機，其研制的納米發電機巧妙地利用了氧化鋅納米線的半導體性能和壓電效應：

他們用導電的原子力顯微鏡探針針尖，去彎曲豎直的氧化鋅納米線，由于壓電效應，被彎曲的納米線表面上就會出現反極性的極化電荷；而由于氧化鋅本身具備半導體性質，所以這些的電荷會被累積儲存在納米線上。然后，再用導電的探針作為電極來這些接觸納米線，這套裝置就可以向外輸出電能。

據測算，這種納米發電機的發電效率可以達到17%-30%。要了解，現在最好的太陽能電池的實際發電效率也僅在20%上下。

然而，要繼續推進這項研究，一個無法回避的問題，就是如何擺脫對顯微鏡探針的依賴，即用其他方式讓納米線發生彎曲，從而出現電能。比如，假如能夠通過聲波、超聲波或水壓能來實現這一點，就意味著可以從周圍環境中獲得電能，從而出現一個強大的動力源。

幾乎整整一年之后，王中林終于推出了改進版的納米發電機-它不要探針的幫助，超聲波就可以完成讓納米線發生振動的“使命”：

他們讓納米線在電極板上垂直生長，而與上面的電極的接觸面則被設計成了鋸齒狀，并且覆蓋著金屬鉑。由于納米線極其纖細，一旦有外界環境震動，無論是超聲波，還是人的行走、潮汐的運動，甚至心臟跳動（假如被植入人體內部的話），納米線受到機械運動出現的動能傳導的影響，自身就會出現微小的共振或者說擺動、變形，從而在表面積累起電荷。由于納米線與上面的電極之間的空隙非常小，形狀又是鋸齒形的，加上電極本身也會出現上下振動，所以在納米線擺動過程中，很容易就會碰到上面的鉑電極，從而把電流輸送出來。

根據最新的設計，在頻率為41千赫茲的超聲波用途下，分布在2平方毫米面積的氧化鋁基片上的500根納米線的陣列，不僅可以輸出強度約一納安（nA）的持續電流，更可以將電流輸出保持一個多小時而沒有任何衰減。

他在接受本刊記者采訪時表示，這一研究的突破之處，還在于通過將大量的納米線集中在鋸齒狀的電極板中間，讓納米線能夠同時、持續和獨立地吸收外界環境中的機械能，并第一次實現了持續性的直流輸出，這也給植入人體、遙感的納米器械和納米機器人實現能量自給帶來了新的曙光。

近年來，尺寸微小、功耗低、反應靈敏的納米器件和納米機器人，一直是納米學術界的前沿，因為它可以完成微觀醫療以及遙感等普通人力難以企及的使命。但有關全球眾多的研究者而言，最大的問題是：不管納米器械做到多小，仍然不得不依賴龐大的外接電源。更不用說由于常規電池多含有毒性物質，使得一些醫用納米微型設備無法植入人體。

假如不能同步實現器件和電源的小型化，讓納米器械進入微觀世界，也許只能是紙上談兵。現在，隨著納米發電機的出現，這一前景重新變得光明起來。

哈佛大學化學系教授查爾斯·萊博（CharlesLieber）指出，這一發明，為如何給納米器件供應電力這一關鍵問題，“提出了解決方法”。

電池末日？

雖然到目前為止，水能、風能乃至潮汐能的大規模利用都已經成為現實，但如何將動能直接轉化成電能，并驅動便攜設備，卻一直是個巨大的挑戰。

歷史最為悠久、應用范圍最廣的化學電池，是利用電化學反應，將化學能直接轉換成電能加以儲存，并在使用時將化學能轉變成電能。從伏打電池到現在，化學電池經過了十幾代的更新，先后出現了鋅錳電池、鉛酸電池、鎳鎘、鐵鎳、銀鋅、銀鎘、鋰離子電池、燃料動力鋰電池等不同種類，它們利用不同金屬、不同電解液的電化學反應，實現電能和化學能之間的轉化。

“化學電池經過200多年的發展已經比較成熟，性能提高了很多。加上其體積小、攜帶方便，通過化學的方式儲存電能還是最常用的方式。”我國電池工業協會秘書長王敬忠說。

不過，有關大多數化學電池來說，生產和回收過程中所造成的重金屬污染，一直是無法克服的難題。

除了化學電池，物理電池包括了利用光電效應將太陽光能直接轉換成電能的太陽能電池、利用塞貝克效應將熱能直接轉換成電能的溫差電池，以及將原子核放射能直接轉換為電能的核電池等。但至少就目前而言，有關物理電池來說，效率和成本還是兩大瓶頸。

采用對人體無害且價格相對低廉的氧化鋅作為材料的納米發電機，顯然是開啟了一個全新的“窗戶”。

在王中林看來，空氣或水的流動、引擎的轉動、空調或其他機器的運轉等引起的各種頻率的噪音、人行走時肌肉伸縮能或腳對地的壓縮，甚至在人體內由于呼吸、心跳或是血液流動帶來的體內某處壓力的細微變化，將來都有可能帶動納米發電機出現電能。

有數據顯示，血液流動出現的能量約為0.93瓦，呼吸也能出現0.83瓦的能量，人行走可以出現67瓦的能量。

而且，相對壽命有限的電池來說，納米發電機可以工作很長的時間，甚至可以保證人體中的微觀器械一生中的能量供應而無需更換。

“納米線相有關薄膜電源的重要優勢，就是它的耐久能力特別高，幾乎不會有疲勞效應，所以這樣的納米發電機可以用很長很長時間。”他補充說。

不過，現在就對傳統電池說“再見”，顯然還遠不是時候。我國化學與物理電源協會秘書長劉彥龍表示，現在電池界也不斷從材料上對電池進行改進，盡量向無毒、環保的方向努力，新產品也在不斷出現。有關新興的納米發電機來說，在很多情況下，可能還要傳統電池的配合，才能保證電源在不同環境條件下的持續工作。

萊博教授也指出，和任何研究相同，公眾對納米發電機馬上就能實際應用的期待“不要過高”。因為從實驗室階段到完成工程化，乃至真正走入市場，都要時間，而這個時間表顯然也“不容易預測”。

爭奪未來

根據王中林的預測，使用納米發電驅動的微觀器械有望在三年內問世，并在五至八年的時間內得到大規模的應用。

“現在小組里的八個學生都放下了手里的其他工作，全力做這個事（納米發電機）。”我國國家納米中心的博士生武祥透露。

目前，納米發電機一次放電過程中，在電阻上的輸出電壓約為8微伏，一個10微米×10微米大小的納米線陣列，所出現的功率足可以驅動基于單根納米線、納米帶以及納米管的裝置。

從理論上說，串聯1000根這樣的納米線即可輸出8伏的電壓，這已經相當于普通干電池的供電能力。但實際情況，卻要復雜得多。

王中林表示，從理論上說的確如此，但是串連這么多的納米線實際上是不現實的。比如，最困難的問題，就是如何讓氧化鋅納米線生長得長度一致，假如共同振動的納米線不能同時接觸極板的話，就無法同時將輸出電能。

除了進一步改良納米線的生長方式，讓它們在粗細和長度上接近一致，并且讓它們極板上均勻分布，以便讓盡量多的納米線可以同時出現電能，他表示，下一步是希望通過進一步改進技術，使得僅用少量的納米線就可以達到0.5伏到1伏的輸出水平，“我相信在1年的時間內，就可以達到這個目標”。

此外，要實現工程化目標，還要進一步提高納米發電機的封裝水平，以便提高能量轉換效率。而更為宏大的目標，則是在諸如人體運動、機械振動和聲波等低頻振動的情況下，提高能量轉化的效率。因為目前氧化鋅納米線的典型共振頻率約為兆赫茲，對高頻振動更加敏感，其輸出電能的效率也相對更高，而如何供應其對人體、水流這樣的低頻振動的響應，是一個必須解決的問題。

在這樣的前沿領域，競爭自然也難以防止，一水之隔的大學奈米科技研究中心的陳永芳教授就是可能的挑戰者之一。與王中林有所不同的是，一年前他選擇了性質和氧化鋅頗為相似的氮化鎵來進行自己的納米發電機實驗。

雖然氧化鋅的成本比較低，但氮化鎵工業上的用途更廣，技術上比較成熟，在以電子代工為主業的很容易獲得。在接受本刊采訪時，陳表示現在還有很多工作要做，“很多困難要克服”。

王中林承認，氮化鎵在半導體和壓電效應上與氧化鋅很相似，但他強調，氮化鎵納米線在生長上的難度比較大，它要在特別復雜和昂貴的環境。而且，氮化鎵還對環境出現污染，“我相信氧化鋅還是最好的。”

當然，我們也許應該拋開煩瑣的技術細節，在科學允許的范圍內，隨便暢想一下納米電源可能帶來的未來：

除了完全無線、可生物植入、長時期甚至終生無需照管的納米或微電子器件之外，將來的士兵可以在軍鞋中安裝這種納米發電機，通過行走就能為隨身攜帶的微型設備供電，而不必在戰場上背負沉甸甸的電池。

假如愿意，當然不僅僅是士兵，每個人的衣服上、鞋子里等，都可以放置這樣的電源，為身上攜帶的便攜電子設備（包括MP3、手機等）供應能量。屆時唯一的問題，可能就是要不斷運動來給它充電。

當時這篇文章中的很多預測，現在都已經或者正在成為現實。這也是王中林這次成為諾獎熱門的原因之一。當然我們也有幸，成為歷史的創造過程的見證者，這也是我們從事這項工作最大的樂趣。