同步发电机

据美国物理学家组织网3月30日(北京时间)报道，美国科学家今天宣布研发出了首个可商用的纳米发电机。研究人员称，这种柔性芯片可依靠人体运动，如手指的压力或脉搏的震动产生电力，有望让iPod等电子设备同电池说“拜拜”。　　佐治亚理工学院教授王中林(音译)领导的科研团队在美国化学学会国家会议和展览大会上展示了该研究成果。他们通过按压位于两个手指之间的纳米发电机，分别给一个发光二极管(LED)灯泡和一个液晶显示屏(LCD)提供电力，以此证明了其在商业上的可行性。　　这种纳米发电机由平放在弹性高分子薄膜衬底上的氧化锌纳米线和两端的电极构成，其技术关键——压电材料氧化锌纳米线能将机械能转化为电能。这些氧化锌纳米线的直径仅为头发丝宽度的1/500，王中林团队找到了一种方法，可以将数百万根氧化锌纳米线中的电荷捕捉起来并集合在一起。同时，他们也开发出了一种可让纳米线沉积在大小仅为邮票1/4的柔性高分子薄膜芯片上的新手段。　　王中林表示，5个纳米发电机结合在一起，能产生3伏特的电压和1微安的电流，电压与两节普通的AA电池相当。从王中林2005年开始研究纳米发电机到现在，6年来，纳米发电机的输出功率提高了几千倍，输出电压提高了150倍。未来，人们可将很多纳米发电机组合在一起，为iPod和手机等电子设备提供电力。　　科学家指出，纳米发电机产生的电力可以存储在电容器内，定期驱动传感器并无线传输电信号。而且，未来人们可以通过散步来激活放在鞋子内的纳米发电机，为手持电子设备提供电力 心脏跳动可为植入体内的胰岛素泵提供电力 甚至轻拂的微风都能让纳米发电机为探测环境的传感器提供电力。　　王中林表示，他们的下一个目标是进一步提升纳米发电机的输出功率，并可能3—5年内最先在环境检测传感器上实现其商业运用。

目前，作为一种关键的分析技术，质谱分析已经被广泛应用于生物医药、食品科学、国土安全、系统生物、药物发现等领域。质谱分析是基于质量-电荷比(m/z)的分析方法,具有高灵敏度、高准确度、普遍适用等优势。　　在质谱分析中，离子化是将中性分子带上电荷的关键的第一步。现在商用的离子化方法大多依靠直流(DC)高压在离子源中将样品分子转化为气相离子。但是，在电离化过程中，离子的数量(Q)并不受电压(V)控制。因此，当前所有的离子化方法都没有实现对离子数量进行精确控制。而且，如果使用传统高压电源，绝大部分(99%)的电荷/电流以及离子是浪费掉的。因而，目前质谱分析在提高灵敏度、样品利用率以及占空比等发展方向上具有重大瓶颈。并且，传统使用的高压电源具有耗费高、难以携带、不安全等缺点。　　固定电荷量的高压输出恰好是摩擦纳米发电机(TENG)的一个本质特性。在佐治亚理工学院，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和Facundo Fernández教授共同指导下，李安寅博士和訾云龙博士组成了跨院系合作团队，用TENG驱动离子源，实现了离子源在电荷数量、正负极性、信号长短等诸多方面的精确控制。该工作为质谱分析提供了一个全新的可控参数，也是纳米发电机在大型分析仪器首次应用。相关工作开辟了崭新的研究和应用领域，并于近日发表于最新一期的Nature Nanotechnology [1]。(图1)。　　首先，该团队利用TENG成功实现了电喷雾离子化和等离子体放电离子化。由TENG提供的固定电荷量对离子化过程实现了前所未有的控制。该团队实现了纳库精度(nanoColoumb)的可控离子产生，并提出了相关的物理模型。通过TENG的驱动，离子脉冲的持续时间、频率、带电性都可以得到有效控制，并实现了最小化的样品消耗。TENG的微量电荷避免了质谱分析中DC高电压下常见的电晕放电现象，从而首次实现了超高电压(5-9千伏)纳电喷雾(nanoESI)。该方法提高在低浓度下的电喷雾离子源的灵敏度，并最大化样品的利用率。TENG驱动的离子化所实现的质谱分析被成功用于检测各种有机小分子和生物大分子，并达到了可以检测到几百个分子的灵敏度。TENG驱动的交流离子喷雾还被用于在绝缘表面进行沉积离子材料。　　该研究对于质谱分析和TENG两个领域的发展都具有开创性意义。　　首先，该研究首次实现了离子化过程中电荷数量的精确控制，为质谱分析带来了一个全新的可控参数，提高了分析精度，提供了分析非常少量样品的能力，为化学、生物检测的质谱方法的瓶颈难题提供了新的可能。并且，使用TENG可以使研究人员将喷雾时间与质谱分析时间同步起来，实现样品的最大化利用。　　同时，TENG取代了质谱设备上原有的离子喷雾电源，为小型质谱设备实现便携化并在极端条件下(例如军事或航天上)应用提供了可能。　　最后，该研究作为第一个将TENG用在设备仪器中的研究，证实了TENG作为提供高电压的一种简单、安全而有效的方法，为类似相关研究提供了思路，为TENG驱动不同仪器和过程从而实现“可控自驱动系统”奠定了基础。图1.TENG驱动离子化过程的示意图和电喷雾离子化过程的照片。长度单位：1毫米。图2.摩擦纳米发电机所产生的离子元用于分析极其微量的化学和生物样品，其精度可以达到几百个分子。　　原文链接：A. Li*, Y. Zi*, H. Guo, Z.L. Wang#, F.M. Fernández#, “Triboelectric Nanogenerators for Sensitive Nano-Coulomb Molecular Mass Spectrometry”,Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/NNANO.2017.17 (2017).

在德国汉诺威举行的欧洲分布式能源展（Energy Decentral），公布了沼气产业最新动态，也汇集了当前最高科技的重磅产品。今天，小编就带大家盘点一下这个国际性专业展会上出现的沼气发电机企业，和大家一起感受一下，牛B轰轰的海外先进技术！ Agrikomp 1990年创立迄今，服务的沼气发电厂超过800个，总装机容量约250兆瓦。 MTU Onsite Energy 劳斯莱斯动力系统公司的核心品牌之一，拥有一个多世纪的柴油机工程经验，产品组合包括高达3250kW的柴油发电机组，高达2500kW的燃气废热发电系统和高达50000kW的燃气轮机。 GE Jenbacher 归属于克拉克能源公司（Clarke Energy），总部位于奥地利蒂罗尔州的Jenbach小镇，于1957年开始生产燃气发动机，包括热电联产厂使用的燃气发动机和集装箱式发电机组。这家公司的发动机号称领先同级效率高达47.8％，具有出色的燃油经济性。 MWM Mannheim-based公司旗下品牌，公司位于德国曼海姆，成立已超过140年之久，在天然气、沼气和其他特种气体的燃气发动机和发电机的开发和优化上经验丰富。 LIEBHERR（利勃海尔） 由汉斯利勃海尔在1949年创立，半个多世纪过去，这个家族企业已经发展成为公司集团，业务范围广泛，拥有大约 26000 名员工，在各大洲建立起 100 余家公司。值得一提的是，中国海尔就起源于德国利勃海尔引进国内的一个冰箱生产线项目，可以说，"德国海尔"是中国海尔的启蒙老师。 Sandfirden Technics 始于1947年，由经营船舶发动机、变速箱和舵机起家，后来渐渐从海洋工业积极拓展到更广泛的工业市场，并自主研发燃气发动机和发电机组。 2G能源股份公司 基于天然气、沼气、垃圾填埋气及氢气为燃料的分布式能源与热电联产燃气发动机厂商，成立于1995年，产品组合包括20?4000kW的发电机组。 Emission Partner 沼气并入天然气网，或用于车用燃料、发电、燃料电池等，一般都对沼气各组分有严格的要求。作为德国的沼气催化剂供应商，他们的使命，就是致力于为上面这些燃气发动机提供燃烧的优化方案。 看到最后一个，相信大家都有同感：沼气工程是一个有机整体，从厌氧发酵系统，到沼气提纯、沼气工程监测系统，再到热电联产机组，都是紧密地连结在一起，互相配合，不可分割的。 众所周知，德国在沼气技术发展和应用方面一直处于全球领先地位，并引领着整个新能源产业的发展。纵观我国沼气产业现状，一大差距就体现在沼气工程缺少必要的传感单元、缺乏可靠的控制系统、缺乏优化测控的模型算法，以及缺乏全面的工程系统统筹，这就使得我们的沼气工程大都停留在原生态。 拿汽车做类比，如果说全自动运行的燃气发电机组相当于汽车引擎，那么沼气工程监测系统就相当于汽车的电控总成，监测系统数据是汽车质量的直观表现，同样也是沼气工程运行状况的直接体现。 沼气及生物天然气工程作为能源和环保工程，需要从整个生产过程的有机整体考虑，需要有集中的测控系统支撑才能实现高效运行，而加强厌氧发酵、提纯过程的测控技术研究，也可以显著提高沼气和生物天然气工程的经济效益。 四方仪器是国内最早研发沼气工程远程监测系统的企业，其监测系统以自主研发的先进气体成分和流量传感器为依托，结合软件开发技术构建而成，目前已实现了多个省市沼气工程的远程监控。来源：微信公众号@沼气工程及其测控技术，转载请务必注明出处