在纳米机器人、活体生物、医学检测技术、微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，缩写为MEMS）、国土安全和便携式个人电子产品等方面，能源都不可或缺。比如在军事领域，某些高技术监视设备需要安置在不易接近并能够很好隐藏的地方，这些地方常常处于多尘、潮湿、昏暗等极端条件下，或是在浓密的丛林里，无法获取足够的太阳能。因此，我们必须寻找一种电源来驱动纳米传感器，但又不至于增加太多重量。这些微小的发电机一旦研制成功，应用前景将非常广阔。

　　     研究人员正通过不同的途径，设计可在微小尺度上产生电能的装置。周围环境里有各种各样的能量供我们开发利用，例如随机振动或运动动能（例如在靠近公路的地方）、温度梯度势能（例如在数米深的地下，温度相对恒定）、生物化学能，以及超声波，甚至声波噪音等外部能源。

　　     这些小尺度纳米器件有一项关键优势：能耗极低，仅有纳瓦（十亿分之一瓦）到微瓦量级（一百万分之一瓦）。纳米发电机能够输出这一量级的电能，可以用来驱动各种纳米器件。人体可提供多种潜在能量：机械能、热能、振动能、化学能（以葡萄糖的形式提供）和循环系统的液压能。将这些能源转变为电能，即使很少一部分，也足够驱动多个纳米器件了。

　　在这张概念图中，纳米发电机（前方）从周围环境中吸取能量，为血糖或血压传感器提供动力。

　　

　　      任何电子器件的工作都离不开电。纳米发电机的出现，将解决微型电子器件面临的{zd0}难题：寻找合适的电源。

　　      20世纪90年代末以来，微型电子器件得到了广泛应用。在我们的日常生活中，经常要用到大小介于微米和毫米之间的硅基器件，例如汽车安全气囊系统的加速计（accelerometer）和喷墨打印机的喷嘴等。如何为它们供电，成了最热门的研究课题之一。在研究人员的努力下，该项工作得到了飞速发展。例如，美国麻省理工学院传媒实验室的研究人员，利用压电效应（piezoelectric effect）设计出了能够发电的鞋子。（压电效应，是指某些晶体在受到机械压力作用时会产生一定的电压。）但是，要产生出可用的电功率非常困难，研究人员们转而开发能给微电子机械系统器件提供电能的发电机，因为这类器件的电量需求要小得多。为了使发电机得到相对较大的输出功率，研究人员还作了一些尝试，寻求可以将生物能和化学能转换为电能的途径，但目前的研究结果仍不理想。

　　     近年来，科学家们利用压电式传感器和电磁式传感器，发明出了基于振动的发电机。微型电磁发电机通过移动磁铁或线圈，在电路里产生交流电。尽管研究人员制造了一些大小与微电子机械系统相仿的微型发电机，但它们的尺寸仍然偏大，体积大约从1立方厘米到75 立方厘米不等，工作的振动频率介于50赫兹到5,000赫兹之间。一根双层构造的锆钛酸铅悬臂梁，一端固定，另一端放置一个重物，就构成了一个典型的压电式发电机，整个结构类似于跳水选手站在跳板上的情形。当重力驱使悬臂梁向下弯曲时，上部压电层受到拉应力，而下部受到压应力，导致悬臂梁的上下两个表面分别产生正负电势。重物上下振动，交变的电势就随之产生。不过由于这种发电机尺寸较大，重物的震荡主要靠重力来驱动。

　　     近两年，我们在美国佐治亚理工学院的研究小组，致力于纳米尺度压电发电机的研究。这种发电机的大小在纳米量级，在这一尺度下，事物的很多性质都发生了变化。例如重力，它在宏观世界处于相当重要的地位；但在纳米世界，相对化学键合力和分子间作用力而言，它的影响则要微弱得多。