□ 李 靜

專家簡介：

王杰，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員。主要從事儲(chǔ)能與換能納米材料與器件、超級(jí)電容器和摩擦納米發(fā)電機(jī)及其在可穿戴電子產(chǎn)品/藍(lán)色能源/環(huán)境治理中的應(yīng)用等方面的研究。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持省部級(jí)以上項(xiàng)目10余項(xiàng)。在Nature Communications、Science Advances、Science Robotics、Advanced Materials和Advanced Functional Materials等期刊發(fā)表研究論文60余篇，其中Nature/Science子刊7篇。獲授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)。獲高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎(jiǎng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和貴州省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才和北京市特聘專家等榮譽(yù)。

當(dāng)今，我們所處的時(shí)代是一個(gè)信息與通信快速發(fā)展的時(shí)代，也是互聯(lián)網(wǎng)高度普及，與人類生活相互融合的變革時(shí)代。物聯(lián)網(wǎng)能夠采集并分享“海量”數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)正是為我們工作和生活帶來新信息革命的“橋梁”，但構(gòu)造橋梁的重要基石——傳感器中的能源供應(yīng)，卻是困擾科研人員已久的難題。

多年來，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王杰研究員在微納能源材料與器件、能量存儲(chǔ)材料與器件以及自充電能源系統(tǒng)等研究方向上潛心研究，主要從事儲(chǔ)能與換能納米材料與器件的設(shè)計(jì)、合成和集成，還包括超級(jí)電容器、摩擦納米發(fā)電機(jī)、自充電能源系統(tǒng)以及這些器件在可穿戴電子產(chǎn)品/藍(lán)色能源/環(huán)境治理中的應(yīng)用。于他來說，他只愿能為微型電子器件找到充足能源，做一個(gè)普通的科研探索者。

找準(zhǔn)目標(biāo) 精準(zhǔn)建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)的重要性主要在于廣泛分布的信息傳感器，目前主要采用傳統(tǒng)電池供電且不具備自充電功能，會(huì)帶來電池的頻繁充電以及更換、處理等問題。將能量收集器件與能量存儲(chǔ)器件集成一個(gè)自充電系統(tǒng)，利用收集環(huán)境中的能量給傳感器供電是解決上述問題的最具前景的一種途徑。2012年，美國佐治亞理工學(xué)院、中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士發(fā)明了摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG），它可直接收集周圍環(huán)境中的無處不在隨時(shí)發(fā)生的各種機(jī)械能，為電子器件的可持續(xù)供電提供了一種切實(shí)可行的解決方案。然而，TENG輸出功率常常不足以實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)大部分傳感器。

王杰于2014年加入王中林院士在美國佐治亞理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)后，最重要的任務(wù)就是如何提高TENG的輸出功率密度。為此，他首先將目光投向了提升TENG的表面電荷密度，通過新材料的使用、微納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、摩擦界面優(yōu)化等方式，將TENG的輸出功率提到了20余倍。

默默耕耘 只為突破

2016年王杰回國后，加入了王中林院士創(chuàng)立的中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所，建立了自充電能源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，首要目標(biāo)仍是進(jìn)一步提高TENG的輸出功率密度。為此，王杰和團(tuán)隊(duì)通過TENG的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作環(huán)境的優(yōu)化，進(jìn)一步將TENG的表面電荷密度提升到新里程碑的高度，甚至達(dá)到了材料的極限高度。

另外，開發(fā)基于TENG的自驅(qū)動(dòng)傳感器，也是解決傳感器供能問題的有效方法之一。最近，王杰與王中林院士和重慶大學(xué)的胡陳果教授合作，采用TENG技術(shù)開發(fā)了具有高靈敏度、寬頻響應(yīng)以及頻選特性自驅(qū)動(dòng)的電子耳。

接下來，王杰團(tuán)隊(duì)將主要投入到“摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化”研究課題中，研究摩擦起電的動(dòng)力學(xué)過程，探索摩擦電荷密度的限制因素。

不管是當(dāng)下還是未來，對(duì)王杰及其團(tuán)隊(duì)來說，只有在不斷努力、開拓進(jìn)取的過程中才能找到前進(jìn)的方向；也只有在不斷攻堅(jiān)克難、交流合作中才會(huì)找到新的起點(diǎn)。過去，他們已竭盡全力；未來，他們?nèi)詴?huì)揚(yáng)帆起航。