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「傳統電晶體像是一條河，上遊和下遊是兩個極，為控制河流流量，就要通過外加電壓來控制河的寬度。而新型電晶體則類似於在河流末端設置『閘門』，通過外力產生的壓電電場控制『閘門』的高度，進而控制河流流量。」王中林對他們的這項研究進行了形象的解釋
因為在納米能源領域的巨大成就，王中林院士也是近些年諾貝爾物理學獎的熱門人員，在2015年已經初露這樣的苗頭
本次大獎的獲得意味著他離諾貝爾獎的桂冠又近了一步
文︱李鵬，筆名奎鵬 北京科技報社首席記者、評論員
正在進行時：6月15日，第四屆納米能源與納米系統國際會議在北京召開，王中林院士在做主旨報告
現在進行時：6月15日，第四屆納米能源與納米系統國際會議正在北京召開。圖為大會現場
王中林院士資料圖
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創始所長和首席科學家王中林又獲得國際大獎了！
6月14日，2019年度「阿爾伯特.愛因斯坦世界科學獎」（AlbertEinstein World Award of Science）揭曉，中國科學院北京納米能源與系統研究所首席科學家、國科大納米學院院長、美國喬治亞理工學院終身講席教授王中林斬獲這一世界性的大獎，成為首位獲此殊榮的華人科學家。
「阿爾伯特.愛因斯坦世界科學獎」的頒獎典禮將於今年10月2-4日在日本舉行，這是一項著名的世界性科學大獎，由世界文化理事會（World Cultural Council）設立，每年頒發一次，目的是表彰和鼓勵世界科學技術領域的重大研究進展，授予為人類帶來福祉的傑出科學家。
該獎獲獎人由來自50個國家和地區的124位世界著名科學家組成的跨學科委員會選出，委員會成員包括25名諾貝爾獎得主。
這一獎項以偉大的科學家阿爾伯特.愛因斯坦的名字命名，象徵著國際科學界的崇高榮譽。該獎項從1984年開始每年頒發1次，每次獲獎人數僅為1人，之前已有35名科學家獲得此獎項，其中包括4位諾貝爾獎得主。
此前的2018年7月23日，王中林院士剛剛獲得另一項國際大獎，埃尼獎組委會在義大利羅馬正式宣布：根據科學委員會最終評選結果，決定將第十一屆埃尼「前沿能源獎」（Energy Frontiers Prize）授予王中林院士，獎金為20萬歐元（折合人民幣153萬元），以表彰他首次發明納米發電機、開創自驅動系統與藍色能源兩大原創領域，並把納米發電機應用於物聯網、傳感網絡、環境保護、人工智慧等新時代能源領域所做出的先驅性的重大貢獻。
埃尼獎（Eni Award）由義大利跨國石油天然氣巨頭埃尼公司於2007年正式設立，是世界能源領域最權威、最負盛名的獎項，被譽為世界能源領域的「諾貝爾獎」，與計算機界圖靈獎、數學界的菲爾茲獎及沃爾夫獎等並稱為領域性的最高獎項。埃尼獎每項獎金為20萬歐元。
厲害的是，這些年來王中林各種國際獎項已經拿到手軟，下面來看看截止2017年他獲得的另外一些重要獎項：
因為在納米能源領域的巨大成就，王中林院士也是近些年諾貝爾物理學獎的熱門預測對象，在2015年已經初露這樣的苗頭。
本次大獎的獲得意味著他離諾貝爾獎的桂冠又近了一步。
獲得這兩大獎項的第一位華人科學家
王中林院士是迄今為止獲得「阿爾伯特.愛因斯坦世界科學獎」與「埃尼獎」的第一位華人科學家，也是在中國境內現職工作期間獲此重大國際性獎項的第一位科學家。
他還是歐洲科學院院士、中國科學院大學納米科學與技術學院院長，美國喬治亞理工學院終身教授。
作為國際公認的納米科學與技術領域的領軍型科學家，王中林目前位居全球納米領域H指數及影響力第1名。
他首次發明了納米發電機和自驅動納米系統技術，被譽為「納米發電機之父」。
他是壓電電子學和壓電光電子學兩大學科的奠基人，發明了壓電納米發電機和摩擦納米發電機，首次提出並發展了自驅動系統，首先提出藍色能源等大原創概念，並將納米能源推廣為「新時代的能源——即物聯網、傳感網絡、大數據時代的分布式移動式能源」。這一應用於物聯網、傳感網絡和大數據時代的新能源技術，將開啟人類能源模式新篇章，為微納電子系統發展和物聯網、傳感網絡實現能源自給和自驅動提供了新途徑。
這些年，王中林領導下的中科院北京納米能源與系統研究所因擁有原創的理論、原創的學科、原創的技術，成為世界納米能源與自驅動系統研究領域的領頭羊。
業界認為，授予王中林「埃尼前沿能源獎」和「阿爾伯特.愛因斯坦世界科學獎」。這是對王教授多年來所開創的基於納米發電機的納米能源與自驅動傳感領域的最大國際認可，也是對他的研究成果在能源與環境技術應用方面的最高的權威性肯定。
下面我們就來了解一下王中林和納米能源研究的故事吧！
北京成為他實現夢想的舞臺
近些年，納米發電技術是一個頗為振奮人心的領域，這也是北京中關村戰略性布局的一個領域。
他的領頭人就是中國科學院北京納米能源與系統研究所（以下簡稱「北京納米能源所」）所長、首席科學家王中林。
王中林是 2012 年度中科院和北京市迎來的頂尖人才之一，他所在的研究所就是在中國科學院和北京市的支持下專門打造出來的，這裡成了他成就新夢想的廣闊舞臺。
王中林也有了一個能夠實現產業化發展的舞臺。在北京市懷柔區雁棲經濟開發區的北京納米科技產業園裡，有一塊佔地 83.55 畝的地方，這就是中科院納米能源所產業園區所在地，不久以後，王中林的很多夢想將在這裡變成現實。
在王中林的主導下，北京納米能源所將貫穿從基礎研究到相關核心技術集成，再到戰略性新興產業發展一條龍的建所理念，全力推動納米發電機發電技術的研究和應用推進。
美國科學院院士、哈佛大學化學系教授查爾斯·利伯（Charles M. Lieber）高度評價了王中林關於納米發電機的研究工作。這些年來世界上許多研究組都在發明各種各樣的納米器件，但供電問題一直沒有解決。
「該工作提出了解決納米技術中一個極其要害問題的方案。」利伯說。
利伯是國際納米界的頂尖科學家。
上個世紀末在納米初興之時，當大家還在電鏡下搜尋納米顆粒的時候，他已經向大家展示了納米藝術的一面；而當大家還在為一張漂亮納米材料的形貌照片沾沾自喜的時候，他早已經向更深入的層次研究納米世界了。
利伯也是被國際學術界公認的納米科技領域的開創者之一。
2002年，《福布斯》雜誌評出了當今世界 15 位最偉大的發明家，利伯就是其中之一。他的評價足以看出王中林這項發明的重要意義。
在科學研究中，在一個領域往往只要取得最為艱難的起初突破，後面的進展就會一發不可收拾，有的進展甚至是突破性的，王中林也是如此。
女兒乾脆叫他「納米爸爸」
青年時代的王中林
上世紀 90 年代，王中林已經成為了國際納米科學界的著名科學家。
他1998年，首次在透射電子顯微鏡中實現單個碳納米管力學性能的測試，並提出了當時最靈敏的納米秤，從而開闢了納米材料原位測量的領域。
整日沉浸在納米材料這種微觀的世界中，王中林的整個思維也始終在這個世界裡纏繞，有時在吃飯、走路的時候，他的思維依舊在這個世界裡飛翔跳躍，女兒甚至乾脆叫他「納米爸爸」。
1999年，已經多年專注研究納米材料的王中林敏銳認識到，氧化鋅以其獨特的半導體、光學和生物特性具有其他納米材料不可替代的作用。於是他帶領科研小組，一直致力於氧化鋅為基礎的納米材料的合成和應用的研究。
2001年，王中林和同事們在世界上首次成功地利用金屬氧化物合成了 10~15 納米厚、30~300 納米寬的帶狀結構，這也就是俗稱的「納米帶」。
「納米帶」具有很好的導電性和敏感性，可以應用於微、納米機電系統，而且製作成本不高，在納米級傳感和敏感器以及光電器件的製作方面有很好的應用前景，是實現納米尺度上機電耦合的關鍵材料。
國際科學界很多納米科學家認為，王中林對「納米帶」的發現與合成是繼 1991 年發現多壁碳納米管和 1993 年合成單壁碳納米管之後納米材料合成領域的又一重大突破。
王中林團隊發現氧化鋅納米帶結構，引領了國際氧化物一維納米結構研究，為納米級傳感和敏感器件及光電器件的研發打下基礎。
突破還在持續。
2004 年他們發現氧化鋅納米環結構。
2005 年他們又發現氧化鋅超晶格納米螺旋結構。
眾多基礎性研究的積累之後，王中林思考的問題是，納米器件的研究和技術應用在不斷發展，未來會被廣泛應用的納米機器人也會如此，但是該如何解決他們的供電問題呢？
也正是在這樣的思考過程中，王中林和他的研究團隊在 2006 年終於取得了革命性的突破——發掘出了納米發電機這個全新的領域。
隨後，王中林又開始從更為廣闊的收集能源的角度來考慮納米發電機的發明和應用。
王中林在實驗室
從 2006 年開始，在不到 10 年的時間裡，王中林團隊先後發明了壓電式納米發電機，混合型納米發電機和摩擦納米發電機等多種類型的納米發電機，機械能、風能、水能、熱能等多種能量形式都被他們巧妙地利用納米科技轉化成了電能。
王中林開始了納米發電機的時代！
很快，國際其他一些研究機構和科學家也都投身到這個領域進行研究，而這個領域美好的應用前景正在一步步向我們走近。
新型電晶體幾乎「通人性」
2006年，王中林還首次提出壓電電子學效應，這種效應是利用外加壓力讓材料內部產生電場，從而控制電子的流動。
正是基於此效應，新型壓電電子學電晶體陣列 2013 年得以研製成功並發表在《科學》雜誌上。
在實驗室中，研究人員利用垂直生長的氧化鋅納米線首次製成了壓電電子學電晶體陣列並封裝成晶片。
這種新型晶片由 8464 個壓電電子學電晶體單元構成，除了有「感觸能力」外，它柔軟、透明，同時電晶體單元密度比同類傳感裝置提高了 300 到 1000 倍。
他們的這項研究是一種完全不同的研製思路。
傳統電晶體通過外部電壓控制電流輸運過程，從而實現邏輯運算，而壓電電子學電晶體則通過壓力產生內部電壓完成信號控制。
「傳統電晶體像是一條河，上遊和下遊是其中兩個極，為控制河流流量，就要通過外加電壓來控制河的寬度。而新型電晶體則類似於在河流末端設置『閘門』，通過外力產生的壓電電場控制『閘門』的高度，進而控制河流流量。」王中林對他們的這項研究進行了形象的解釋。
這種納米發電機使用一排纖細的納米線從周圍環境中收集機械能，然後將其轉化為電能，給電子設備提供電力。
也正是因為如此，新型電晶體幾乎「通人性」，人的任何一舉一動，都能轉化為它的控制信號。例如採用新型電晶體製成的機械手，其工作方式與人手觸覺神經幾乎相同，可實現智能探測和傳感，掌握用力分寸。
近些年，在全球範圍內，基於人機接口或者腦機接口的人工智慧有不少科學家團隊在攻關，儘管人工智慧技術隨著計算機技術的發展進展迅速，但是由於人工智慧精確控制的複雜性，機械手臂的變現一般都比較笨拙，只能完成一些極為簡單的抓取或者其他指令性動作，實施精確控制還有較高的難度。
王中林團隊的這項研究則為人工智慧的進展提供了一個更高層次的平臺，未來這項技術在人工智慧領域得到應用以後，不僅會推動我國人工智慧的高水平發展，也會給眾多的殘障人士帶來福音。
王中林說，新型電晶體距商業化尚存距離，其主要挑戰包括與其他系統的集成和優化等，但未來可應用在製造智能皮膚、人造組織和「可透視」電子產品等領域。
這項研究就像第一次造出電晶體、第一次製成集成電路一樣，這是一個新生的嬰兒，剛剛走出了第一步。
為心臟起搏器提供自驅動能源系統
隨著現代醫學的發展，這些年在世界範圍內植入式電子醫療設備正變得越來越普及，它們或用於治療單靠藥物無法解決的病症，或實時檢測血糖、心率等健康指標。
其中應用最廣泛的設備當屬心臟起搏器，已經被植入大約 400 萬名病人體內，利用電流刺激保證他們的心臟能夠正常跳動。
不過電池一直是心臟起搏器等植入式醫療設備的阻礙，每當電力耗盡，病人都需要再次躺到手術臺上，開刀更換電池。
為了一勞永逸地解決電池問題，研究人員開始將視線轉移到人體本身。納米能源領域未來也許就會發揮重要作用。
對每個人而言，人的心臟和腸胃總在不停運動，而運動便會產生能量，例如成年人心臟跳動所產生的機械能量輸出可以高達 1.3 瓦。
問題在於如何用一個輕巧而安全的設備有效獲取這些能量。
2010年，王中林和博士生李舟首次實現了利用納米發電機回收心臟跳動所產生的電能。
2014年，美國伊利諾伊大學的材料與工程學專家約翰·羅傑斯等研究人員使用了一種由壓電材料製成的納米帶，該材料由大量納米尺寸的晶狀顆粒構成，在被彎曲或受到擠壓時產生電力。
研究人員將該納米帶貼在柔軟的矽膠片上，矽膠片可以隨意彎曲，因而不會干擾器官的正常運動。另外矽膠片上貼著一個微小的整流器，能夠將納米帶獲得的交流電轉成直流電保存在電池裡，並且整個設備尺寸也要比常見心臟起搏器小得多。
為了確保材料在生物體內完全無毒無害，研究人員首先在該納米帶上培養老鼠的肌肉細胞。
完成老鼠實驗後，研究人員將納米帶安裝在活著的羊和牛的心臟上發電，以觀察新設備是否會對器官正常運動產生影響。
實驗發現，該實驗設備被彎曲超過 2000 萬次以後，依然能夠正常發電。這是體內發電設備首次在與人類體形相當的生物上進行實驗。
在該實驗中，每平方釐米的納米帶可以產生 0.2 毫瓦電力，並且可以 3至 5 層疊在一起成倍增加發電量，其供電能力已經可以支持常用心臟起搏器的工作。
而該項目實驗的終極目標是徹底替換植入式設備的電池，另外就算只是延長電池的使用時間，也會非常實用。
同在2014 年，王中林和李舟領導的研究小組共同研製了可植入式的自驅動能源系統，該系統包括可植入摩擦納米發電機和能量轉化存儲裝置兩部分，其摩擦納米發電機的尺寸僅為12 mm×12 mm×0.7mm，而後研究團隊將製作的自驅動能源系統植入大鼠體內，成功收集並轉化大鼠多個呼吸運動部位所產生的能量，將其以電能的形式儲存起來，並能夠驅動一個外接的心臟起搏器原型機工作，產生與醫用心臟起搏器一樣的電脈衝。
根據理論計算 , 大鼠每呼吸 5 次，通過可植入摩擦納米發電機收集的能量即可成功驅動心臟起搏器工作 1 次。如果用到人體，僅通過呼吸就能夠連續驅動心臟起搏器，使其正常工作。
這種基於生物體自身能量在體轉化的供能系統將極大地改善現有電池供能的弊端，延長植入式醫療器件的使用壽命 , 在植入式醫療領域中具有極大的應用前景。
隨著植入式自驅動能源系統的進一步優化和完善，在未來將有望真正實現「生命不息 , 供能不止」，為廣大重症患者帶來福音。
摩擦發電具有廣闊應用空間
摩擦生電是很多人從小就知道的常識，但摩擦只是產生了電壓，沒有電流，過去人們一直無法利用。
王中林團隊研究這個領域也是一次偶然。
在相當長的時間裡，王中林都一直在做材料研發，在一次失敗的試驗中，他和他的研究人員偶然發現，兩種高分子材料相接觸的過程中可以產生電，於是他和研究團隊對這個全新的領域進行了研究。
在深入的研究中，他們了解到了其中產生電流的奧秘，並在 2012 年研究出了摩擦發電機以及自驅動傳感器。
最初摩擦發電機的輸出電流和功率並不理想，後來王中林帶領研究團隊反覆進行試驗，終於使摩擦發電機的輸出功率產生了質的飛躍，實現了高達 55% 的能量轉化效率。
這樣的能量轉化率意味著摩擦發電機已經具備推廣使用價值。
經過反覆的研究，王中林的研究團隊現在已經研製了包括旋轉式直流摩擦發電機、潮汐能收集裝置、剎車發電模擬裝置等在內的 20 多件摩擦發電裝置。
而它的動力源既可以是已被人們認識的風力、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能源，甚至車輪的轉動、機器的轟鳴等也可以轉化為電力。
摩擦納米發電機網絡用於大規模收集波浪能。
王中林說，摩擦發電裝置結構簡單、輕巧，基本元件也都是微米級厚度的薄膜材料，在未來可以被應用於可穿戴設備、便攜設備的充電等。
此外，摩擦發電裝置還可被用於終端傳感設備，實現傳感設備自給自足。
這幾年，物聯網發展迅速，無線遠程監測或者探測的方式已經被廣泛應用到了各個領域，但是由於探測器或者監測器必須要提供外來的電源，讓其布置受到很大的限制。
但是有了納米發電機以後，物聯網的前端就可以截然不同：納米發電機安在監測器或者探測器上，就不需要另外給它們提供電源了，它們就可以布局到更為廣闊的空間，樹上、山巖上、草叢中、水體中或者土壤中……完全可以根據需要進行位置和數量的布局，這將極大地促進物聯網應用的發展。
我們也可以把剎車發電裝置應用到汽車上，這時候產生的電能可以提供給車內使用。
由於剎車時產生的摩擦力更大，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。
我們甚至可以將摩擦發電機安裝到鞋子上，在人走動的時候，腳部對鞋底的按壓或腿的晃動等動作就會通過摩擦發電機轉化成電流，將這些電流收集起來並通過電池進行存儲，實現對手機充電。
在王中林看來，未來推廣摩擦發電具有很大的優勢。
首先，摩擦發電機由薄膜高分子材料和薄膜電極材料製成，具有極輕的重量和極小的體積，其能量密度較高。因此，它特別適合於為可攜式及穿戴式電子設備或無線傳感陣列等小型電器提供電能。
其次，摩擦發電機的製作材料均為大規模工業化原料，加之其結構簡單，製作成型簡便，使其製作成本降低，為廣泛應用提供了極為有利的條件。不僅如此，摩擦發電機還具有大規模收集和轉化自然界中機械能的潛力，有望成為綠色能源供給的全新途徑。
推動北京納米能源所成為世界一流科研機構
這些年，在王中林的協調下，北京納米能源所和美國喬治亞理工學院在納米研究領域進行了深入和廣泛的合作。
與此同時，王中林也在積極推動他在美國的學生回國發展，僅僅從王中林美國實驗室回國的博士、博士後和訪問學者等就達到百位左右。
這些研究人員回到國內以後，又迅速帶上新的研究隊伍前進。他們每個人都帶著 5~10 人左右的研究團隊，從而讓北京納米能源所的研究能力迅速上升。
事實上也是如此，在王中林所研究的領域，國內的研究水平也迅速走向了國際前沿的位置。
王中林表示，在這些年的發展中，北京納米能源所創立了壓電電子學和壓電光電子學兩大學科，發明了納米發電機和自驅動系統的原創技術，首次提出了「新時代」能源的概念，在本領域已經處於國際引領的地位。
王中林院士及其科研團隊學科發展圖（圖片www.stdaily.com）
2018年5月17日，「中國科學院與北京市人民政府共建中國科學院北京納米能源與系統研究所/北京納米能源與系統研究所推進會」在北京召開。院市雙方籤定了《共建納米能源所協議書》。
根據計劃，2018年底，北京納米能源所整體搬遷到懷柔科學城，成為中科院與北京市在懷柔科學城共建的第一個整建制入駐的科研機構。
現在，建設成為世界一流的以微納能源和系統為主的科研機構，成了北京納米能源所的新目標，這也是王中林的夢想。
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