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北京纳米能源所揭示纳米发电机的理论源头

发布时间:2017-12-29

  北京纳米能源揭示了纳米发电机的理论来源

  今天的手机是无线通信的典型代表,无线通信是基于电磁波来传播信息,电磁波是如何被人们初步认可的?这可以追溯到伟大的英国科学家麦克斯韦(Maxwell)提出的麦克斯韦方程1861年,由于其简单性,完善性和对称性,该系统被誉为物理学方程中第一大方程组,当Maxwell根据当时的实验证据推导出这些方程,如高斯定律,法拉第电磁感应定律,安培定律,他发现电荷的连续性方程并不满足,他大胆地将位移电流引入系统的概念。根据这个完全理论出来的电流,麦克斯韦预测了电磁波的存在。 1886年的有关实验证明了这个理论的正确性。后来,英国人提出了广播电台的概念,并于1901年实现了利用无线电波进行跨大西洋的通信。如果我们想追溯其起源,现代人类社会快速发展所需要的通信和微电子技术实际上是由麦克斯韦方程目前广为人知的电磁频谱,包括X射线,紫外线,可见光,红外光,微波,太赫兹波和无线电波,都是由麦克斯韦方程给出的理论支持,我们有现代无线电,电视,雷达和无线通信技术。物理学历史上认为牛顿的经典力学为机械时代打开了大门,而麦克斯韦的电磁学奠定了信息时代的基石。 1931年,爱因斯坦把麦克斯韦的建设看作是牛顿以来物理学中最为深刻和最具生产力的工作。麦克斯韦方程组已经完美地,对称地和精确地震动了几代科学家,他们在电磁学中的地位与牛顿运动定律的机制一样。麦克斯韦位移电流由两部分组成:JD = D / t =?0 E / t + P / t位移电流不同于常规观测到的自由电子传导电流,但是由于时变电场1)加上原子边界电荷随时间的微小运动和材料中的电介质极化(上式的第二项),第一项位移电流不仅统一了电场和磁场,同时它预测电磁波的存在,建立无线通信的物理基础,在一般各向同性介质中,第二项和第一项相结合,使位移电流变为JD = E / t,因此大多数人忘记了第二项,不再在教科书中讨论由极化引起的电流,然而在具有表面极化电荷的介质中,如压电材料和摩擦电流体,第二项是最近发现是纳米发生器的根本理论基础和来源,揭示了被遗忘的古典物理学之一在新时代的主要概念的辉煌应用。压电纳米发生器和摩擦纳米发生器是中国科学院北京纳米能源与系统研究所的首席科学家。佐治亚理工学院的王忠林教授分别于2006年和2012年发明,他们可以从机械能转化为电能。压电纳米发生器是利用压电极化电荷和由此产生的电场随时间的变化来驱动电路中的电子流动,而摩擦纳米发生器是利用两种不同的材料产生的接触面静电电荷引起电场随时间而变化,以驱动电子流动。最近,王忠林写了一篇文章,揭示了纳米发生器的理论来源来源于麦克斯韦位移电流第二项,推导出了压电纳米发生器和摩擦 - 纳米发生器的基本输运方程,相关综述文章“马克斯韦尔位移电流在能量和传感中的应用:纳米电极的来源“发表在”今日材料“第一期(DOI:10.1016 / j.mattod.2016.12.001)。王忠林的论文发现纳米发生器的根本原因,使其与经典的物理上帝方程相联系,通过原有的理论,当前的技术和未来的应用。现代社会通过无线电和电信卫星在过去20世纪建立的广泛的经济,文化和政治联系直接源于麦克斯韦方程中包含的位移电流。这个方程式的天才系统就像一棵已经诞生了富有成效的现代人类社会的老树。从1886年到20世纪30年代,首次推导了位移电流的电磁波理论,电磁感应现象,产生了天线广播,电视电报,雷达微波,无线通信和空间技术。在20世纪60年代,电磁波统一生成光的理论,也为激光和光子学的发明提供了物理学发展的重要理论基础。此外,飞机,船舶和航天器的控制和导航,以及电力和微电子行业的技术进步都与麦克斯韦分不开。自2006年以来,位移电流的第二个成分基于中等偏振的特性诞生了压电纳米发生器和摩擦纳米发生器的兴起。它将极大地促进新能源技术和自供电传感器技术的发展。发电机能源系统已经在影响人类未来发展的主要方面得到了广泛的应用,如物联网,传感器网络,蓝色能源,即使是大数据。经过150多年的时空压印和追溯,纳米发生器是麦克斯韦位移电流跟随电磁理论和技术之后的另一个主要的能量和传感应用,在可预见的未来,这种树从最大的世界物理系统将发展壮大,引领技术创新,深刻改变人类社会。图:麦克斯韦位移电流的两个组成部分产生的主要科学,技术和工业影响。左边是影响上个世纪通信技术发展的衍生电磁波理论;右边是能源和传感器位移电流的新技术,可能影响世界的未来。

亿万先生

2017-12-29

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