筑梦纳米能源 共话科技未来——记中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员王杰

□ 李 静

专家简介：

王杰，中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员。主要从事储能与换能纳米材料与器件、超级电容器和摩擦纳米发电机及其在可穿戴电子产品/蓝色能源/环境治理中的应用等方面的研究。作为项目负责人主持省部级以上项目10余项。在Nature Communications、Science Advances、Science Robotics、Advanced Materials和Advanced Functional Materials等期刊发表研究论文60余篇，其中Nature/Science子刊7篇。获授权发明专利10余项。获高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖一等奖和贵州省科技进步奖二等奖；教育部新世纪优秀人才和北京市特聘专家等荣誉。

当今，我们所处的时代是一个信息与通信快速发展的时代，也是互联网高度普及，与人类生活相互融合的变革时代。物联网能够采集并分享“海量”数据，这些数据正是为我们工作和生活带来新信息革命的“桥梁”，但构造桥梁的重要基石——传感器中的能源供应，却是困扰科研人员已久的难题。

多年来，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王杰研究员在微纳能源材料与器件、能量存储材料与器件以及自充电能源系统等研究方向上潜心研究，主要从事储能与换能纳米材料与器件的设计、合成和集成，还包括超级电容器、摩擦纳米发电机、自充电能源系统以及这些器件在可穿戴电子产品/蓝色能源/环境治理中的应用。于他来说，他只愿能为微型电子器件找到充足能源，做一个普通的科研探索者。

找准目标 精准建设

物联网的重要性主要在于广泛分布的信息传感器，目前主要采用传统电池供电且不具备自充电功能，会带来电池的频繁充电以及更换、处理等问题。将能量收集器件与能量存储器件集成一个自充电系统，利用收集环境中的能量给传感器供电是解决上述问题的最具前景的一种途径。2012年，美国佐治亚理工学院、中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士发明了摩擦纳米发电机（TENG），它可直接收集周围环境中的无处不在随时发生的各种机械能，为电子器件的可持续供电提供了一种切实可行的解决方案。然而，TENG输出功率常常不足以实时驱动大部分传感器。

王杰于2014年加入王中林院士在美国佐治亚理工学院的团队后，最重要的任务就是如何提高TENG的输出功率密度。为此，他首先将目光投向了提升TENG的表面电荷密度，通过新材料的使用、微纳米结构设计、摩擦界面优化等方式，将TENG的输出功率提到了20余倍。

默默耕耘 只为突破

2016年王杰回国后，加入了王中林院士创立的中科院北京纳米能源与系统研究所，建立了自充电能源系统实验室，首要目标仍是进一步提高TENG的输出功率密度。为此，王杰和团队通过TENG的结构设计与工作环境的优化，进一步将TENG的表面电荷密度提升到新里程碑的高度，甚至达到了材料的极限高度。

另外，开发基于TENG的自驱动传感器，也是解决传感器供能问题的有效方法之一。最近，王杰与王中林院士和重庆大学的胡陈果教授合作，采用TENG技术开发了具有高灵敏度、宽频响应以及频选特性自驱动的电子耳。

接下来，王杰团队将主要投入到“摩擦纳米发电机的结构设计与性能优化”研究课题中，研究摩擦起电的动力学过程，探索摩擦电荷密度的限制因素。

不管是当下还是未来，对王杰及其团队来说，只有在不断努力、开拓进取的过程中才能找到前进的方向；也只有在不断攻坚克难、交流合作中才会找到新的起点。过去，他们已竭尽全力；未来，他们仍会扬帆起航。