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《微纳系统中的可持续自供型电源能源研究中的新兴领域》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、2010年第55卷第25期：2472~2475《中国科学》杂志社进展www.scichina.comcsb.scichina.comSCIENCECHINAPRESS微纳系统中的可持续自供型电源:能源研究中的新兴领域①②王中林①GeorgiaInstituteofTechnology,Atlanta,GA30332-0245,USA;②华中科技大学武汉光电国家实验室(筹),武汉430074E-mail:zlwang@gatech.edu2010-07-09收稿,2010-07-19接受国家自然科学基金(40830636,40671034)和中国科学院资源环境领域野外台
2、站研究基金资助项目摘要自从手提电脑和手机等个人可移动电子产品普及以后,解决小范围的用电显得格关键词外重要.我们目前主要靠的是蓄电池.在未来不久,由于微纳系统的发展以及它们在原位自驱动的纳米技术人体健康的实时监测、基础设施的监测、环境监测、物联网以及军事技术上的应用,传统纳米发电机的利用蓄电池来提供电源的方法将不能满足或不能适应传感器网络的工作环境和要求.微纳系统中可持续自供型电源在2005年,作者提出了自驱动的概念,其根本是利用从环境中收集的能量,通过能量转换传感器网络来驱动这些微纳系统,实现功率自给.本文介绍作为微纳系统中可持续自供型电源的一种物联网——纳米发电机的
3、研究和未来应用.传统的能源研究和开发主要可以分为五大方面:的功率源的功率非常之小,一般都在毫瓦到微瓦级.大范围能源的产生和转换;可持续绿色能源的开发;例如心脏起搏器的运转功率是大约5毫瓦,蓝牙发射电力的有效传输和智能电网;电能的高密度储存;器的工作功率也是微瓦级.如果我们把所有的驱动有效节能技术和能源回收.我们对电能的需求绝大微纳系统的电源的总功率加在一起,所需总电量也部分集中在工业用电、交通运输、建筑、家庭和办公较小,但这种特殊的能源是传统供电方法所不能满用能.这些对能源的需求可以靠大范围的电网来满足的.因此,作者在2005年就提出了自驱动的概念[1,2]足.然而,
4、自从手提电脑和手机等个人可移动电子产(self-powerednanotechnology),其根本是利用从品普及以后,解决小范围的用电显得格外重要.我们环境中收集的能量,通过能量转换来驱动这些微纳目前主要靠的是蓄电池.在未来不久,由于微纳系统系统,实现功率自给.纳米技术是把系统和器件做得的发展以及它们在原位人体健康的实时监测、基础设小,例如纳米探测器、纳米电动机,而自驱动是解决施的监测、环境监测、物联网以及军事技术上的应用,它们的能源需求.我们称这种能源是一种微纳系统传统的利用蓄电池来提供电源的方法就有可能不能中可持续自供型电源(sustainableself-su
5、fficientpower满足或不能适应具体的工作环境和要求,原因如下:sourceformicro/nano-systems).而今自驱动的概念已其一,微纳系统的尺寸越来越小,将来限制整个系统经成为世界非常活跃的研究领域.大小的是电源而不是其他器件;其二,将来实现全方1自驱动微纳系统的运转模式和可行性位的监测所用到的微纳系统的数目和密度相当之浩大,而且这些系统是可移动的,利用更换电池的方案自驱动的微纳系统将在生物传感、环境和基础设可能是不实际的或者不可取的;其三,驱动微纳系统施监测、传感器网络和物联网中扮演重要的角色.这英文引用格式:WangZL.Sustainab
6、leself-sufficientpowersourceformicro/nano-systems:Anewfieldinenergyresearch(inChinese).ChineseSciBull(ChineseVer),2010,55:2472—2475,doi:10.1360/972010-1295进展些应用的共同点是基于许许多多的传感器以及它们以把这些无时不有、无处不有的能量转换为电能来带所组成的网络.传感器网络设计只有在所有的传感动一些小型的电子器件,就可以制造出自驱动的微器能够独立工作的情况下才能够实现,但这些传感纳系统.因为纳米系统具有微小而且可植入
7、体内等器并不需要连续和同时处于工作状态,它们可以处特性,所以它的供电系统必须是小型化的.太阳能是于较长的待机状态或较短的收发状态.我们可以利最丰富的能源,然而对于可移动性微纳系统来说,它用它处于较长的待机状态(standbymode)的时间从环所处的工作环境并不一定是具有太阳光照的,例如境中收集能量并把它储存起来,而在暂短的收发状生物传感,隧道的安全检查等.因此太阳能对于微纳态(activemode)用收集的能量把信号传递出去.未来系统来说并不一定是最佳选择.然而,我们的生活中,的健康监测是利用微型传感器来探测血糖、血压、心机械能是无处不有、无时不有
