筑夢納米能源 共話科技未來
——記中國科學院北京納米能源與系統研究所研究員王杰

□ 李 靜

專家簡介：

王杰，中國科學院北京納米能源與系統研究所研究員。主要從事儲能與換能納米材料與器件、超級電容器和摩擦納米發電機及其在可穿戴電子產品/藍色能源/環境治理中的應用等方面的研究。作為項目負責人主持省部級以上項目10余項。在Nature Communications、Science Advances、Science Robotics、Advanced Materials和Advanced Functional Materials等期刊發表研究論文60余篇，其中Nature/Science子刊7篇。獲授權發明專利10余項。獲高等學校科學研究優秀成果獎科學技術進步獎一等獎和貴州省科技進步獎二等獎；教育部新世紀優秀人才和北京市特聘專家等榮譽。

當今，我們所處的時代是一個信息與通信快速發展的時代，也是互聯網高度普及，與人類生活相互融合的變革時代。物聯網能夠采集并分享“海量”數據，這些數據正是為我們工作和生活帶來新信息革命的“橋梁”，但構造橋梁的重要基石——傳感器中的能源供應，卻是困擾科研人員已久的難題。

多年來，中國科學院北京納米能源與系統研究所王杰研究員在微納能源材料與器件、能量存儲材料與器件以及自充電能源系統等研究方向上潛心研究，主要從事儲能與換能納米材料與器件的設計、合成和集成，還包括超級電容器、摩擦納米發電機、自充電能源系統以及這些器件在可穿戴電子產品/藍色能源/環境治理中的應用。于他來說，他只愿能為微型電子器件找到充足能源，做一個普通的科研探索者。

找準目標 精準建設

物聯網的重要性主要在于廣泛分布的信息傳感器，目前主要采用傳統電池供電且不具備自充電功能，會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器件集成一個自充電系統，利用收集環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，美國佐治亞理工學院、中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士發明了摩擦納米發電機（TENG），它可直接收集周圍環境中的無處不在隨時發生的各種機械能，為電子器件的可持續供電提供了一種切實可行的解決方案。然而，TENG輸出功率常常不足以實時驅動大部分傳感器。

王杰于2014年加入王中林院士在美國佐治亞理工學院的團隊后，最重要的任務就是如何提高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、微納米結構設計、摩擦界面優化等方式，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立的中科院北京納米能源與系統研究所，建立了自充電能源系統實驗室，首要目標仍是進一步提高TENG的輸出功率密度。為此，王杰和團隊通過TENG的結構設計與工作環境的優化，進一步將TENG的表面電荷密度提升到新里程碑的高度，甚至達到了材料的極限高度。

另外，開發基于TENG的自驅動傳感器，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的胡陳果教授合作，采用TENG技術開發了具有高靈敏度、寬頻響應以及頻選特性自驅動的電子耳。

接下來，王杰團隊將主要投入到“摩擦納米發電機的結構設計與性能優化”研究課題中，研究摩擦起電的動力學過程，探索摩擦電荷密度的限制因素。

不管是當下還是未來，對王杰及其團隊來說，只有在不斷努力、開拓進取的過程中才能找到前進的方向；也只有在不斷攻堅克難、交流合作中才會找到新的起點。過去，他們已竭盡全力；未來，他們仍會揚帆起航。