经典科幻大片《黑客帝国》中，人类被当作生物电池为机器充电。听上去很吓人，但扣除恐怖成分后仔细思考，人类确实每天产生很多能量，比如，人在走路、呼吸时会产生能量，但是这些能量都浪费掉了。有没有可能将这些能量收集起来为我所用呢？比如给我们的手机充电呢？

出门在外，手机是我们不可忽缺的伙伴。然而，手机和我们人类一样是要消耗能量的。如果是在家或办公室，电池充电是很方便的事。然后这事到了户外，尤其是旷野之地，就让人非常的无奈了。那个时候，很多人可能都想过，要是有一台小巧精干的发电机就好了。

发电是需要能量的，比如，置入生物体的无线传感器所需要的电源一般都是直接或者间接来源于电池。许多纳米装置是用于医疗的。常规电池包含了锂以及镉等有毒物质，根本不能作为生物医学装置而植入人体。

怎样产生能量呢？方法很多。比如

利用摩擦生电现象。

能量回收。人们都知道废品回收和再利用。其实我们周围环境中有许多被浪费的能源，如车辆经过产生的振动、电器产生的热量、各种声波和电磁波等等。如果能开发出回收费能的技术，对提高能源利用的效率将是不小的贡献。

利用人体自身产生的电能。实际上人在走路、呼吸时会产生能量，能否将人体自身产生的能量转化为纳米器件所需要的电能呢？换句话说,能否收集周围环境中微小的振动机械能并转变为电能，来为其它纳米器件，如传感器、探测器等提供能量。这种振动机械能普遍存在于自然界以及人们日常生活中，如空气或水的流动、引擎的转动、空调或其它机器的运转等引起的各种频率的噪音，人行走时肌肉伸缩能或脚对地的压缩能等。甚至在人体内由于呼吸、心跳或是血液流动带来的体内某处压力的细微变化也有可能带动纳米发电机产生电能。如果有一种微型的装置能将生物体内的生物能量转化为电能输送纳米器件，同步实现器件和电源的小型化，是最为理想的事。

产生能量的方法有了，下一步是如何实现，即制作器件。显然，这个器件应该是纳米器件。或者换句话说，这个发电机应该是纳米发电机[1]。

纳米器件具有尺寸微小、功耗小，反映灵敏等宏观器件所不具有的独特优势，所以一直是纳米学术界最前沿、最活跃的研究领域。但如果真正让这些微小器件工作起来，必须要给它们输入电能，而只有实现了自带电源的纳米器件才可视为真正的纳米系统。又因为纳米系统具有微小而且可植入体内等特性，所以它的供电系统必须是小型化的。但是目前的研究只是集中于纳米器件的本身，而没有考虑为这些纳米器件输入电源的问题。

要研制纳米发电机，首先要解决材料问题。目前科学家最青睐的材料是压电材料。这种材料能够在机械压力下产生电压。不管是特意制造的声波还是无意间产生的噪音，都会对接触材料产生机械压力。只是这种压力太小，平常的传感器探测起来都比较困难，更别说将其转化成电能了。所以，这种压电材料必须高度敏感，一般认为，像氧化锌纳米线这样的新材料可能满足要求。当然，一切还只是概念上的东西，其实际应用还需要时日。但纳米发电机的发明开启了纳米科学和技术的新篇章,为自发电的纳米器件奠定了原理和理论基础。我们相信，有朝一日，利用摩擦生电现象来给个人电子产品充电的梦想一定会成真。

参考文献：

[1]郭子政，云国宏，那么小，那么大：为什么我们需要纳米技术？清华大学出版社，2015年10月