納米發電機問世閱讀題及答案

　　試題內容：

　　閱讀下面的材料，完成1~8題。

　　材料一

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

　　近十年來，納米科學界對納米材料合成和應用的研究方興未艾。尺寸微小、功耗低、反應靈敏的納米器件和納米機器人，一直是納米學術界的前沿，因為它們可以完成微觀醫療以及遙感等普通人力難以啟及的使命。但對于全球眾多的研究者而言，最大的問題是：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，保持納米系統微小而且體內可植入等特性，小型化的供電系統必不可少。只有實現了自帶電源的納米器件才可視為真正的納米系統，也才能在多領域得到廣泛的應用。

　　王中林和宋金會巧妙地利用豎直結構的氧化鋅納米線的獨特性質，在原子力顯微鏡的幫助下，研制出將機械能轉化為電能的世界上最小的發電裝置---納米發電機。他們充分利用了氧化鋅納米線的半導體性能和壓電效應: 通過外界環境震動，無論是超聲波，還是人的行走、潮汐的運動，甚至心臟跳動(如果被植入人體內部的話)，使得納米線因機械運動所產生的動能傳導，而產生微小的共振、擺動、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，從而完美地實現納米尺度的發電功能。據測算，當時這一納米發電機竟然能達到17％~30％的發電效率，為自發電的納米器件奠定了物理基礎。

　　王中林教授早在七年前就敏銳地認識到氧化鋅具有獨特的半導體、光學和生物特性等其他納米材料不可替代的作用。他帶領科研小組，一直致力于以氧化鋅為基礎的納米材料的合成和應用的研究，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體納米帶，這一重大科研成果震動了整個納米學界。

　　王中林團隊的科研成果表明，納米發電機的發明勢必是納米科技界的重大科研里程碑，其應用前景不可估量。

　　（取材于《納米發電機問世》）

　　1.下列對“材料一”中加點字詞的解說，正確的一項是（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“荷槍實彈”中的“荷”同音。

　　D.震動：意為“使人心不平靜”，可與“振動”替換。

　　2. 根據“材料一”，下列對“納米發電機”的解說，正確的一項是（3分）

　　A. 首次實現機械能與電能的相互轉換。

　　B. 具有功耗低、反應靈敏等特點。

　　C. 能為納米器械工作提供電源保障。

　　D. 在科技發展史中具有里程碑意義。

　　3.根據“材料一”，下列各項中，不屬于納米發電機實現發電所需條件的一項是（3分）

　　A.機械運動                        B.氧化鋅納米線

　　C.原子力顯微鏡                    D.電極板

　　材料二

　　摩擦運動產生的微小能量收集起來能不能發電?王中林教授的回答是“能”。2011年，王中林教授發現表面上修飾著納米結構的塑料薄膜，互相摩擦就有靜電產生，而且這種方式產生的電壓電流是過去用壓電產生的幾十倍。基于這樣的發現，王中林團隊研制出了摩擦納米發電機，并在2014年將其輸出功率提高了五個數量級。

　　從2006年開始，王中林團隊先后發明了壓電式納米發電機、熱勢納米發電機、混合型納米發電機、摩擦納米發電機，用單根氧化鋅納米線實現了從機械能到電能的轉化。此外，美國另一科學家與中國科學家聯合開發一種能從汽車車輪與地面的`摩擦中收獲能量的納米發電機，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型摩擦納米發電機，首次實現了恒定電源的輸出。

　　納米發電機可以收集機械能，如人體運動、肌肉收縮等所產生的能量；還可收集震動能和流體能量，如聲波和超聲波產生的能量；體液流動、血液流動和動脈收縮產生的能量。然后將這些能量轉化為電能，提供給納米器件。

　　納米發電機在生物醫學、軍事、無線通信、無線傳感等方面具有廣泛的應用性。例如：每個人的衣服、鞋子里放置這樣的電源，肢體運動時就可以將機械能轉化為電能，從而為身上攜帶的電子設備（包括MP3、手機等）提供能量。還可用來植入皮下，利用肌肉活動來供電，不需要更換電池，就可以檢測血脂、血糖和心臟活動。甚至可應用到安保方面，將傳感器安裝到門把手上、地面上、屋子里，有人觸碰上就可產生信號，實現報警或啟動監視狀態。

　　目前，納米發電機可以預想的主要有三大應用領域：第一大領域是移動通訊、移動能源，也就是逐漸流行的可穿戴智能設備。第二個應用是自驅動的傳感，包括健康監測、物聯網、環境監測方面等等。第三大領域則較為長遠，利用大能源發電。比如現有的風力發電機，體積龐大，風力太小帶動不起來。而利用納米發電技術，在一堵墻上做出蜂窩狀的小洞，只要有風就可以發電，也就是說，納米發電機具有大規模收集和轉化自然界中機械能的潛力，有望成為綠色能源供給的全新途徑。

　　和傳統的電磁發電機相比，納米發電機具有諸多優勢。例如，摩擦發電機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；摩擦發電機的制作材料均為大規模工業化原料，其結構簡單，制作成型簡便，制作成本大大低于其他發電技術，為其廣泛應用提供極為有利的條件。

　　（取材于《可收集摩擦發電的納米發電機》）

　　4.根據“材料二”，下面的理解和推斷，正確的一項是（3分）

　　A. 2011年，王中林團隊發明摩擦納米發電機，并將其輸出功率提高五個數量級。

　　B. 摩擦納米發電機可以收集摩擦運動中產生的能量，來提高車輛的燃油效率。