圖①：王中林院士（右一）在進行科研指導。 　　馮 培攝 　　圖②：自供電可穿戴織物。 　　圖③：無線無源氣象監測系統。 　　圖④：自發電智能鞋。 　　圖⑤：動態界面電子學學科樹示意圖。 　　圖②③④⑤均為中國科學院北京納米能源與系統研究所提供

　　只要晃動一下手中的小盒子，通過電線與其相連的LED燈就被瞬間點亮。沒有外部電源，也沒有傳統的磁鐵和線圈，電從哪來？

　　在位於懷柔科學城的中國科學院北京納米能源與系統研究所，奇妙的發電場景比比皆是：走路、揮手，海水涌動、微風輕拂，甚至抖一抖衣服，都能發電。

　　“無論是火力、水力還是核能，人類發電本質上都是驅動電子流動。”中國科學院外籍院士、中國科學院北京納米能源與系統研究所所長王中林及其團隊，正在探索一種全新發電模式——摩擦納米發電。“讓材料在摩擦、彎曲、擠壓時直接產生電，並從起電到發電。”王中林說。

　　這一新的發電技術，有什麼特殊之處？其背后蘊藏著哪些新的應用？對我國能源發展有什麼作用？近日，記者對王中林院士進行了專訪。

　　摩擦起電+靜電感應=摩擦納米發電

　　冬天脫毛衣，“噼啪”作響﹔梳過頭發的梳子，能吸起碎紙屑。這些人們熟悉的摩擦起電現象，正是摩擦納米發電的底層邏輯。

　　“兩種不同材料接觸再分開，表面就會分別帶上正電和負電﹔當外力讓它們反復靠近、分開或滑動時，就會形成變化的電壓，從而推著電路裡的電子來回流動，於是機械運動就變成了電。”王中林說，我們熟悉的“摩擦起電”加上“靜電感應”，就形成了摩擦納米發電。

　　摩擦納米發電與傳統發電有什麼區別？

　　“傳統發電是‘強能量集中轉化’，燒煤、攔水、捕風，把大規模能量匯到一個點上釋放。”王中林說，就好比用大壩攔住整條河流，“摩擦納米發電走的是另一條路，叫‘弱能量精准捕捉’，相當於在每一條小溪裡放一台微型水車，水流再小也能轉。”

　　摩擦納米發電還有一個特點，就是“不挑食”。王中林介紹，火電、光伏、風電依賴特定場地或特定氣候，是“集中式發電”﹔摩擦納米發電不挑場景、不挑能量大小，人體運動、海浪起伏、機械振動，都能就地取材，更像遍布各處的“分布式微電站”。

　　僅幾十厘米高的風車，只要對著它吹上一口氣，與其連接的燈泡就亮了起來。“傳統風力發電機，一般需要三級以上的風才能發電﹔摩擦納米發電機無需磁鐵、無需線圈，有點風就夠用。”王中林說，這也填補了傳統發電技術無法覆蓋的微能量利用空白，“是對經典電磁應用場景的新拓展”。

　　從理論層面看，摩擦納米發電技術還催生和推動了一系列重要的基礎科學突破。傳統發電基於傳導電流理論，摩擦納米發電機的理論根基，是麥克斯韋方程組中的位移電流。“相當於把‘摩擦起電’這個日常現象，變成了一個可系統化、可工程化的發電機制，這是前人沒有系統做過的事情。”王中林說。

　　摩擦起電機理、接觸電致催化、液固界面起電﹔摩擦電子學、壓電電子學、壓電光電子學……隨著研究的不斷深入，王中林和團隊還將一系列發現的物理效應與已有學科進行系統整合，創立了“動態界面電子學”。

　　“過去電子學研究的是電子在材料內部怎麼跑，現在拓展到研究界面在動態接觸中怎麼產生、調控和催化的電學過程。”王中林說，“這是基礎物理層面一個探索性的創新。”

　　走出實驗室，摩擦納米發電能做什麼？

　　你見過“認人”的鍵盤嗎？中國科學院北京納米能源與系統研究所就有一個。密碼：3.1415926，就貼在電腦邊上顯眼的位置。記者逐一敲下，屏幕卻提示：驗証失敗。

　　“密碼是正確的，但速度、力度不匹配，就無法通過驗証。”工作人員揭秘，鍵盤裡嵌著摩擦納米發電機，每次敲擊的力度、節奏，都會被轉化成電信號，成為密碼之外的第二道鎖，“密碼可能被竊走，但一個人敲鍵盤的‘手勁兒’可偷不走。”

　　走進位於研究所一層的展廳，就像來到了一家“未來商店”。嵌著摩擦納米發電機的智能鞋，能計步、可定位，全靠走路發電﹔布設120個陣列點的床墊，不到1秒就能識別出體重、呼吸、心率，識別准確率達98%﹔不用換濾芯的淨化器，通過空氣流動摩擦產生的靜電場吸附和擊穿有害物質，殺菌滅毒率可達99.99%。

　　醫療健康領域的應用最牽動人心。可穿戴醫療監測、神經疾病診斷、癌症的輔助治療……借助摩擦納米發電技術“自供電”與“高靈敏傳感”的優勢，很多診療手段正在擺脫電池束縛。

　　實驗室裡，更“重磅”的產品正在加緊完善。“在國家部署的‘六張網’建設中，我們的技術能破解基礎設施感知‘供電難、運維難’的痛點。”王中林說，在無光照的地下管廊、覆冰山區等場景下，摩擦納米發電技術能將微風振動、橋梁伸縮、雨滴撞擊等高效轉化為電能，使監測終端實現“自取能、自感知、自傳輸”無源運行。

　　在新型電網領域，該所研發的自供能線路監測裝置已實現10毫瓦級功率發電，多參量傳感平均功耗低至700微瓦。“先后安裝在110千伏至500千伏不同電壓等級線路上，並已通過百日帶電運行考驗。”王中林說。

　　“書架子”上的理論如何搬上“貨架子”？

　　研究所西南方向，一間不算很大的獨立建筑裡“波濤洶涌”。造浪池裡，一個黃色浮筒起起伏伏，浮筒上的屏幕始終亮著。

　　“海洋蘊藏著巨大的可再生能源潛力，全球波浪能理論總量高達數太瓦。”王中林介紹，如何高效捕獲低頻、不規則的海洋能量，一直是技術瓶頸，“摩擦納米發電技術恰好擅長收集低頻、無序的海洋波浪能，結構簡單、環境適應性強、材料成本還相對低廉。”

　　從2023年開始，王中林把實驗室裡的團隊派到了海上。第一次海試發電，峰值功率密度達120瓦每立方米，平均功率密度為22瓦每立方米。2025年，開始1立方米單體發電裝置試驗，今年峰值功率已達千瓦級。

　　“下一步我們將進行發電組網測試，初步目標是完成千瓦級示范應用。”王中林心裡有著一張時間表：用5到10年，把海洋藍色能源發展成繼風電、光伏之后全新的零碳排放的大能源模式。

　　大海能給予我們的遠不止這些。“摩擦納米發電技術能助力實現海洋的自供能監測，進而助力組建海洋自供能物聯網系統。”王中林說。

　　“在大范圍海域部署高密度的自發電智能浮標，組成分布式傳感器網絡，海上物聯網就有了穩定供電。”王中林說，從海洋牧場、海底管線的實時監測，到自動監測、跟蹤、識別船隻，“這對海洋強國具有重要的推動作用。”

　　從獨行到眾行，越來越多的研究者開始關注摩擦納米發電。王中林介紹，截至2025年底，全球已有100多個國家和地區、4300多個研究單元、2.2萬名學者在這一領域發表了研究論文，至少5000名學者從事壓電電子學領域的研究。

　　“我們的重心，是把這些原創的技術和成果，從‘書架子’搬上‘貨架子’，在產業應用和造福人類方面，展現出更大的價值。”王中林說。

　　《 人民日報 》（ 2026年10月31日 06 版）