納米發(fā)電機(jī)問(wèn)世閱讀題及答案

　　試題內(nèi)容：

　　閱讀下面的材料，完成1~8題。

　　材料一

　　華裔物理學(xué)家王中林和其博士生宋金會(huì)成功地在納米（十億分之一米）尺度下將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，在世界上首次研制成功納米發(fā)電機(jī)。這一最新成果開啟了納米科學(xué)和技術(shù)的新篇章。

　　近十年來(lái)，納米科學(xué)界對(duì)納米材料合成和應(yīng)用的研究方興未艾。尺寸微小、功耗低、反應(yīng)靈敏的納米器件和納米機(jī)器人，一直是納米學(xué)術(shù)界的前沿，因?yàn)樗鼈兛梢酝瓿晌⒂^醫(yī)療以及遙感等普通人力難以啟及的使命。但對(duì)于全球眾多的研究者而言，最大的問(wèn)題是：不管納米器械做到多小，仍然不得不依賴龐大的外接電源。如果真正讓這些微小器件工作起來(lái)，保持納米系統(tǒng)微小而且體內(nèi)可植入等特性，小型化的供電系統(tǒng)必不可少。只有實(shí)現(xiàn)了自帶電源的納米器件才可視為真正的納米系統(tǒng)，也才能在多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

　　王中林和宋金會(huì)巧妙地利用豎直結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米線的獨(dú)特性質(zhì)，在原子力顯微鏡的幫助下，研制出將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的世界上最小的發(fā)電裝置---納米發(fā)電機(jī)。他們充分利用了氧化鋅納米線的半導(dǎo)體性能和壓電效應(yīng): 通過(guò)外界環(huán)境震動(dòng)，無(wú)論是超聲波，還是人的行走、潮汐的運(yùn)動(dòng)，甚至心臟跳動(dòng)(如果被植入人體內(nèi)部的話)，使得納米線因機(jī)械運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能傳導(dǎo)，而產(chǎn)生微小的共振、擺動(dòng)、變形，從而在表面積累起電荷，再由納米線所附著的電極板輸出電流，從而完美地實(shí)現(xiàn)納米尺度的發(fā)電功能。據(jù)測(cè)算，當(dāng)時(shí)這一納米發(fā)電機(jī)竟然能達(dá)到17％~30％的發(fā)電效率，為自發(fā)電的納米器件奠定了物理基礎(chǔ)。

　　王中林教授早在七年前就敏銳地認(rèn)識(shí)到氧化鋅具有獨(dú)特的半導(dǎo)體、光學(xué)和生物特性等其他納米材料不可替代的作用。他帶領(lǐng)科研小組，一直致力于以氧化鋅為基礎(chǔ)的納米材料的合成和應(yīng)用的研究，并且取得了令人矚目的成果。2001年，他們首次合成氧化鋅半導(dǎo)體納米帶，這一重大科研成果震動(dòng)了整個(gè)納米學(xué)界。

　　王中林團(tuán)隊(duì)的科研成果表明，納米發(fā)電機(jī)的發(fā)明勢(shì)必是納米科技界的重大科研里程碑，其應(yīng)用前景不可估量。

　　（取材于《納米發(fā)電機(jī)問(wèn)世》）

　　1.下列對(duì)“材料一”中加點(diǎn)字詞的解說(shuō)，正確的一項(xiàng)是（2分）

　　A.方興未艾：艾，讀作“yì”，為“停止”之意。

　　B.“難以啟及”“潮汐”“附著”三詞書寫都正確。

　　C.電荷：“荷”字與“荷槍實(shí)彈”中的“荷”同音。

　　D.震動(dòng)：意為“使人心不平靜”，可與“振動(dòng)”替換。

　　2. 根據(jù)“材料一”，下列對(duì)“納米發(fā)電機(jī)”的解說(shuō)，正確的一項(xiàng)是（3分）

　　A. 首次實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。

　　B. 具有功耗低、反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。

　　C. 能為納米器械工作提供電源保障。

　　D. 在科技發(fā)展史中具有里程碑意義。

　　3.根據(jù)“材料一”，下列各項(xiàng)中，不屬于納米發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電所需條件的一項(xiàng)是（3分）

　　A.機(jī)械運(yùn)動(dòng)                        B.氧化鋅納米線

　　C.原子力顯微鏡                    D.電極板

　　材料二

　　摩擦運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微小能量收集起來(lái)能不能發(fā)電?王中林教授的回答是“能”。2011年，王中林教授發(fā)現(xiàn)表面上修飾著納米結(jié)構(gòu)的塑料薄膜，互相摩擦就有靜電產(chǎn)生，而且這種方式產(chǎn)生的電壓電流是過(guò)去用壓電產(chǎn)生的幾十倍。基于這樣的發(fā)現(xiàn)，王中林團(tuán)隊(duì)研制出了摩擦納米發(fā)電機(jī)，并在2014年將其輸出功率提高了五個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　從2006年開始，王中林團(tuán)隊(duì)先后發(fā)明了壓電式納米發(fā)電機(jī)、熱勢(shì)納米發(fā)電機(jī)、混合型納米發(fā)電機(jī)、摩擦納米發(fā)電機(jī)，用單根氧化鋅納米線實(shí)現(xiàn)了從機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化。此外，美國(guó)另一科學(xué)家與中國(guó)科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)一種能從汽車車輪與地面的`摩擦中收獲能量的納米發(fā)電機(jī)，將車輛的燃油效率提高10%。而中科院納米能源所2014年也成功研制出旋轉(zhuǎn)型摩擦納米發(fā)電機(jī)，首次實(shí)現(xiàn)了恒定電源的輸出。

　　納米發(fā)電機(jī)可以收集機(jī)械能，如人體運(yùn)動(dòng)、肌肉收縮等所產(chǎn)生的能量；還可收集震動(dòng)能和流體能量，如聲波和超聲波產(chǎn)生的能量；體液流動(dòng)、血液流動(dòng)和動(dòng)脈收縮產(chǎn)生的能量。然后將這些能量轉(zhuǎn)化為電能，提供給納米器件。

　　納米發(fā)電機(jī)在生物醫(yī)學(xué)、軍事、無(wú)線通信、無(wú)線傳感等方面具有廣泛的應(yīng)用性。例如：每個(gè)人的衣服、鞋子里放置這樣的電源，肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)就可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，從而為身上攜帶的電子設(shè)備（包括MP3、手機(jī)等）提供能量。還可用來(lái)植入皮下，利用肌肉活動(dòng)來(lái)供電，不需要更換電池，就可以檢測(cè)血脂、血糖和心臟活動(dòng)。甚至可應(yīng)用到安保方面，將傳感器安裝到門把手上、地面上、屋子里，有人觸碰上就可產(chǎn)生信號(hào)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警或啟動(dòng)監(jiān)視狀態(tài)。

　　目前，納米發(fā)電機(jī)可以預(yù)想的主要有三大應(yīng)用領(lǐng)域：第一大領(lǐng)域是移動(dòng)通訊、移動(dòng)能源，也就是逐漸流行的可穿戴智能設(shè)備。第二個(gè)應(yīng)用是自驅(qū)動(dòng)的傳感，包括健康監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)方面等等。第三大領(lǐng)域則較為長(zhǎng)遠(yuǎn)，利用大能源發(fā)電。比如現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，體積龐大，風(fēng)力太小帶動(dòng)不起來(lái)。而利用納米發(fā)電技術(shù)，在一堵墻上做出蜂窩狀的小洞，只要有風(fēng)就可以發(fā)電，也就是說(shuō)，納米發(fā)電機(jī)具有大規(guī)模收集和轉(zhuǎn)化自然界中機(jī)械能的潛力，有望成為綠色能源供給的全新途徑。

　　和傳統(tǒng)的電磁發(fā)電機(jī)相比，納米發(fā)電機(jī)具有諸多優(yōu)勢(shì)。例如，摩擦發(fā)電機(jī)由薄膜高分子材料和薄膜電極材料制成，具有極輕的重量和極小的體積，特別適合于為小型電器提供電能；摩擦發(fā)電機(jī)的制作材料均為大規(guī)模工業(yè)化原料，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成型簡(jiǎn)便，制作成本大大低于其他發(fā)電技術(shù)，為其廣泛應(yīng)用提供極為有利的條件。

　　（取材于《可收集摩擦發(fā)電的納米發(fā)電機(jī)》）

　　4.根據(jù)“材料二”，下面的理解和推斷，正確的一項(xiàng)是（3分）

　　A. 2011年，王中林團(tuán)隊(duì)發(fā)明摩擦納米發(fā)電機(jī)，并將其輸出功率提高五個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　B. 摩擦納米發(fā)電機(jī)可以收集摩擦運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的能量，來(lái)提高車輛的燃油效率。