視頻-華人科學家首獲愛因斯坦世界科學獎 納米發電機發明者王中林創造歷史

出品：新浪科技《科學大家》 未來科學論壇

王中林：中國科學院北京納米能源與系統研究所所長、科思技術研究院（溫州）院長、佐治亞理工學院終身校董事講席教授。中科院的外籍院士、歐洲科學院院士、加拿大工程院外籍院士。王中林院士開創了兩門新的學科領域，一門學科領域叫基於納米發電機的微納能源，一門學科是壓電（光）電子學。他還提出了原創性的新物理效應，引領了第三代半導體納米材料的基礎研究。

今天我們的科學故事要從摩擦起電講起。相信在座所有現場觀衆都應該知道這樣一個小試驗，拿絲綢摩擦一下玻璃棒或者琥珀就能夠產生電，而這個被摩擦過琥珀或者玻璃棒就能夠吸引輕小的東西，背後的原理就是摩擦起電。更有意思的是，後來科學家發現琥珀和玻璃棒帶的電居然是性質不相同的，可以把它叫做正電或者負電，如果用一根導線把正極和負極連接起來的話，還能產生奇妙的電流，這些大概是兩三百年前的科學家已經搞清楚了。

可是現在我們知道電改變了世界，電從哪裏來。今天我們所有用的電都不是摩擦起電的電，而是像火電、風電、核電，這些地方發出來的電。摩擦起電這個科學實驗，可能在最近這幾百年當中，除了在中小學課堂做做試驗外，好像就沒有什麼其它太大用處了。但是這個事情到2006年發生了變化，2006年有一個非常有意思的也是非常重量級的發明被科學家們做了出來，這個發明叫做“納米發電機”，這是全世界最小的發電機。

不怕大器晚成 前期的學習積累都是在爲後來的成功做鋪墊

我博士畢業的時候不到26歲，從25歲到40歲之間我做了很多事情，一直在尋找我在科學領域內的定位，在尋找自己的席位。可以說那之前我做了大量的研究工作。我的研究實現了“三年一小變、五年一大變”，三轉兩不轉，大家把我以前做的工作給忘了，所以說王老師你是40多歲開始做出現在的研究的。但說明我們做研究的時候要學會（改）變自己，要學會自己能調整找（到）新的方向，這樣才導致大家認爲我40多歲才做出突出的研究。確實從40多歲到現在做的工作，我認爲是我做的最好、最精彩的工作。在我自己看來，前期的尋找、學習、積累都很重要，如果沒有那個過程是沒有後來重大進展的。

大概1992年、1993年的時候，我已經畢業了6、7年，我一直夢想在美國的大學裏當教授，因爲我喜歡自由的學術活動，我不願意在公司裏面工作，爲什麼呢？我覺得我的個性適合於大學當老師。但是那一段我的事業走的不順，我就在想我的項目該怎麼辦。我當時這麼想。我覺得我做了一個方面的研究，特別是電子顯微方面的研究，我還是有很多理論見解的。我說現在開始寫一本書，（等）我的書寫完了，我可能就不從事科學研究了。準備寫這個書的時候我27歲，32歲開始寫，34歲寫完。書寫完了，教授職位就到了，更重要的，這本書已經發表了快30年了，到現在還被我們內行認爲是經典之作，歐洲人親口跟我這麼說，因爲那個書的封面是黑字黃底，所以叫“Yellow Bible”。他首先確認王老師這是你的書嗎？我說是啊。他說我們讀了很多這方面的書，發現這個書太有用了，我們把它叫做“Yellow Bible”。作爲經典，我也很欣慰。

每個人在自己的科研道路上、生活道路上，都會遇到很多的困難，但是有的困難是暫時的，很多時候你做的事情被別人質疑、懷疑，特別是科學研究，如果你是世界上第一個提出這個效應的，別人首先的反映你的發現肯定是錯的，首先是否定。在這個情況下，很多人會嘲諷你做的沒有用，歐洲人都說他那個是錯的。這時候別人可以對你沒信心，你自己可對自己要有信心。所以在任何情況下一定要對自己有信心，使自己的團隊有信心。

納米發電機究竟是什麼？

能源是人類賴以生存的基礎，能源是一切，國家之間爲能源而戰、爲資源而戰。最早的時候，從我們燒煤到後來用油，蒸汽機的發現，電力的發現，都是我們現在的基礎。隨着石油的出現，航空業、汽車業發展起來，到現在我們都是賴以生存的化石能源。化石能源現在面臨的危機是什麼？化石能源過量的使用，一個是儲量有限，一個是對環境造成巨大影響。

造成什麼影響呢？我們看看能源怎麼來的？不管燒煤、燒氣，都是熱供，通過轉熱供到機械就是帶動蒸汽機，蒸汽機帶着發動機，兩步走變成電力，所以從大電廠裏通過引線到千家萬戶，這是主流能源。我們把可以燒的燒了，可以用的用了。後果是什麼呢？我們環境發生了巨大變化，（圖）我們從1978年的地球到2012年的地球，從過去的綠地到逐漸失去的綠地，塌陷的地表面都是使用化石能源的結果，特別是我們國家以煤爲主，從地下挖出來煤，所以很多地方塌陷了。

造成現在北極的雪融化，造成氣候變化，所以碳中和變得非常重要，影響到未來發展。那我們不用化石能源，用什麼呢？有沒有其它的能源呢？我們來探索一下它的可能性。

現在我們國家80%多的電力還是煤發電，必然有二氧化碳的釋放，如果實現碳中和，發展可再生能源，分佈式能源是必不可少的。因爲產生氫氣，氫氣可以中和使得我們實現碳中和。所以未來的希望部分寄託在可再生能源方面。

可再生能源就是自然界的可以反覆利用的一次性能源，如風能、太陽能，還有另一種就是分佈式能源，當地產生當地用。大家別小看這個，當地產生當地用，也能解決很大一部分能源，特別是在物聯網傳感網絡、大數據、人工智能時代，分佈式能源變得越來越重要。這是我們的能源結構。

現在看，能源的分佈發生什麼樣的變化。過去是以燒煤、燒油爲主。逐步的從發電廠輸到千家萬戶，所以現在我們隨着物聯網時代的到來，我們有很多的，首先是分佈式的電子產品，需要用蓄電池驅動。這個能源分佈從過去密集型能源到分佈型，從有序到無序的，從有線到無線。

從物理學角度來講這些能源叫低熵能源，這個叫高熵能源。什麼叫熵？咱們看一個視頻。這是一杯水，一滴墨汁滴下去以後，它是聚集型的，隨着時間的消逝，墨汁在溶液裏發生什麼變化呢？分散了。總能量沒有變化，總分子數沒有變化，但是從聚集型到發散型，回不去了。在物理學上叫熵在增加，無序度在增加。能源也是一樣，從聚集型的化石能源到分佈式能源到環境裏，我們每天車耗的能量，回不去了。這是分佈式能源必然要面臨的現實，所以叫高熵能源，已經散發在環境裏，總能量守恆，但是很難再利用的能源。所以怎麼把這些廢能、低質能源重新用起來就是我做的事兒。我做的這個事兒就是逆“熵增”而行，反着常規走的。爲什麼難？難在這。

我給大家介紹一下我們怎麼做的。故事從2005年講起，那時候我們在做納米材料生長，當時想能不能測納米材料的壓電性能。我們就去測了，我做了一個假設，如果拿原子類顯微鏡觸摸納米線能出電流信號的話，那麼能不能算出來它的一些性能。後來發現算的性能和我預計值差了100倍。我就想是什麼錯了，後來知道是我的假設錯了，能量轉換不可能百分之百，只能一點。從此我說不要再測壓電性能了，反回來用納米材料把微小的機械功轉爲電功，所以叫納米發電機。

隨着時間遷移到今天，升到了物理的內涵。我跟你們慢慢講，當時是怎麼想到納米發電機把微小的機械功轉成電功。怎麼轉成電功的？放在手指頭上去，這是2009年做的，手指頭動，就出現了交變信號，這是自己發出的電。後來說能不能把雜亂無章的電也用起來呢？怎麼用呢，把發電機做好，給倉鼠做個背心穿上讓它跑，倉鼠的運動是不規則的，能夠變成電力，我們開始探索這個道路。這是開始，最重要的是我們沒有停止我們的步伐，一直在追夢，越追夢就發現的越多。

剛纔主持人問我面對很多困境是怎麼渡過的。當時發表文章的時候，發表了以後，人家說我們的輸出低，我說那咱們提高。一步一步提高，雖然提高幅度不大，但是一路走過來有很多新的發明，後來都成了領域。所以如果你在別人質疑面前一旦停下腳步，你可能就錯過了很多原創的機會。你不被別人質疑，說明你做的東西沒新意。

怎麼追夢的？我一直在提高納米發電機的輸出，這時候突然一個機會出現了。其實是一個錯誤導致了重大的發明。什麼錯誤？當時人家說我們器件輸出低，我們已經達到10-30伏的輸出了，已經不低了，我們的壓電式納米發電機做的可以觸發生物神經，但是出了一個問題。2011年3月份，整整十年以前，學生做試驗的時候，當時的壓電輸出信號大概只有1伏，有一天學生跟我說，王老師我們看到了3伏。我說怎麼是3伏？1到3提升了3倍，不大可能。回去重複去實驗。過兩天（學生跟我）說是5伏，我說再重複。過兩天又跟我說10伏，不斷的提高，我當時說是不是犯了啥錯誤。後來我說把我們的樣品重複做100個，100個做好了後把它們切開。到底哪些是給好的信號，哪些給不好的信號。結果後來發現，給比較大的輸出信號的那個裏面有一個小氣泡，按過去的設計這是錯的，有氣泡是不行的，要沒有氣泡，才叫正確的封裝技術。比如說封裝芯片，裏面封裝個氣泡，那早被公司解僱了。我們是在無意中發現了氣泡，因爲我們的學生並不是專家。那爲什麼只有氣泡的東西有這麼大輸出呢？就想到了摩擦起電效應。後來這個文章寫出來了。出來以後很難發表，爲什麼？人家不信。我左投、右投，經過八個月努力，在走投無路的情況下發表在一個剛創刊的、還沒有影響因子的期刊上。但是大家知道這個就是今天我之所以能站到講臺上給大家講藍色大能源的開始，不是一定發表在高檔次的期刊上就一定重要，也不是發表在其它的期刊上不重要，它是這裏面的內涵。

由此誕生了摩擦納米發電機，它和傳統技術的區別是什麼？首先看，傳統的發電是電磁發電，大家很熟悉，讀過初中的都知道。我們是摩擦納米發電機，這兩個發明相差180年。區別是什麼？電磁發電機要轉得快，爲什麼轉得快，轉得慢的時候頻率低，頻率低的時候輸出電壓低，不可以克服二極管的整流，所以電流輸不出來。轉速慢的時候電壓太低功率輸不出來，只有轉得快的時候纔有電力出來。而摩擦納米發電機不管轉得快、轉得慢，它輸出的電壓是一樣的。這就是爲什麼摩擦納米發電機能把低質量能源能夠有效的變成電力，它的物理核心就在這兒。電壓和頻率沒有關係，電流和頻率有關係，這是一個物理上的區別。這是講技術從發明到現在物理上的比較。

摩擦納米發電機的核心是摩擦起電。講到摩擦起電，別說讀理工科的，只要上過學的都知道。但是這個是2600年老的科學現象，缺乏現代科學解釋。舉例來講爲什麼，我們讀課本的時候，玻璃棒摩擦毛皮起靜電。玻璃棒爲什麼帶負電，毛皮爲什麼帶正電，教科書上從來不解釋，這是我們上的電的第一節課。這個現象很古老，大家認爲這個東西早就知道了，實際我們並不理解它。看這個現象多普遍，我們教第一節課的時候講電荷怎麼出現，下面就是靜電，靜電器，下面就是講放電現象，一講到這一步，就講到法拉第發明發電機，又跳了一步。靜電荷不流動爲什麼會有電流？它又跳了一步。如果不仔細想，就把你忽悠過去了。

咱們看這個基礎問題，靜電荷是如何產生的？怎麼來的？靜電荷的屬性是電子還是離子？別看這個問題爭論了多少年，一直到最近才搞清楚。那是怎麼回事兒呢？爲什麼要摩擦一下？到了原子級發生什麼，在原子級兩原子形成鍵合的時候，它們的距離基本上是固定，化學上叫鍵長。如果說這麼一摩一擦，在局部它的原子實現距離比較短，它的電子雲或者波函數實現了高度重疊。重疊的時候，試驗發現就是這個時候，電子就從這邊跳到那邊去了。它爲什麼跳？因爲兩個距離近了以後，中間隔離它們的勢壘牆就低了，低了以後就可以順利跳過去，跳過去以後就把電子從這邊轉移到這邊去，再分開的時候回不去了。這就是我們經常接觸的起電現象。這種跨原子的躍遷就是電子轉移的結果。

那麼有啥用？王老師你的研究是從0到1的。我給你講在哪兒用。主要分三大領域：微納能源、自驅動傳感，最後講到和碳中和有關係的藍色能源。先講微納能源，我們做的第一個事情是心臟起搏器。心臟起搏器能不能實現自驅動。如果心臟起搏器要換電池，大概三到五年換一次。所以我們開始做模擬小動物呼吸，能夠驅動心臟起搏器。這是2014年當時做的，最早是2009年做的，直到2019年我們首次實現了利用大動物的呼吸產生的能量，能夠驅動整個商用的心臟起搏器。這個工作當時是非常受關注的，這是首次能夠對未來的植入式健康醫療提供可持續的能源需求。微納能源，這個能量是不大，但是能量沒了，咱命就沒了，人命關天。這是第一個，自驅動的心臟起搏器。

第二個是在環境中，早上去到北京的地鐵口看人流多了去了，能不能利用自由行走產生電力？幾瓦的電就出來了，這是自由行走，放在地板上，它是一個平的。坐這個小滑梯上，燈在亮，不用做別的動作，滑就夠了。我給大家演示一下。

這是一個麥克斯韋創新科普園的Logo。我們講風吹草動，你們看這個燈亮不亮？我們做的這個只要微風就可以亮。

給大家看第二個，這個是上千個LED燈，我就拿個塑料薄膜板摩擦，看到燈亮了沒有，滑動越快電流越高，但是電壓和滑動速度沒有關係。把這些燈同時點亮需要幾千伏的輸出。所以說爲什麼把低質量能源能變成電力，就是這個道理。我帶來這個簡單的演示，大家見到了，就知道是真的。

這個可以用在很多方面，把同樣的原理用在滑梯上是一樣的道理，只是設計不一樣。

下面，雨水發電。雨滴下來以後就可以驅動小燈泡。這個有什麼用呢？我們最近把這個東西要和光伏板結合在一起。南方雨水多，一下雨太陽能板不好使，我們把它做到光伏板上，有雨水收集雨水能，沒有雨水能收光伏能，兩個都有同時收，這就利用這個原理。光伏板可以全天候的、複合型的能源回收。

我們有很多分佈式電子產品，其中一個是環境監測，環境中一氧化碳的含量，利用這個技術，大家看我們這個風力發電，裏面是這樣的結構，它是高分子材料，風的作用這個“舌頭”上下振動，振動的時候就出電力了，這個電力放到盒子裏面以後就可以驅動一氧化碳的探測器，同時把信號無線發出去，每10分鐘發一次，幾公里外能收到信號。大家可以想想在環境裏我們把它分佈式，把它布起來就形成了環境水質、火災、自然災害監測的網絡，這叫自驅動傳感網絡。這個用途大了去了。

還有自驅動傳感。現在講大數據，如果沒有傳感，數據從哪兒來。人工智能沒有大數據、沒有高速運算，怎麼人工智能。所以最核心的前端還是傳感器。什麼叫自驅動傳感？就是這個傳感器不用通電，自己給你信號。舉個例子，我們這屋裏裝的煙霧探測器，你要把那兩根線剪了，什麼都不探測了。我們這個不通電，也可以把信號送進來，所以叫自驅動傳感。

怎麼自驅動？每個人天天離不開手機，離不開電腦，打字的時候記載着我們很多信號，你的打字習慣，像語音識別一樣，我講話的音頻是我個人個性的反映，打字也是一樣，跟你寫字一樣。我們在鍵盤下做個性識別。我們播放一下視頻。

前一段時間，北京臺錄的一個視頻。它識別你打字的習慣，在這26個字母鍵下做的納米發電機。所以你知道我的密碼也沒用。

這個簡短的片子是智能鍵盤。

大家有時做體育運動，打球有有效球和無效球，一個人的打球習慣能不能做成智能體育。我們選材不限，木材、紙張都可以，把這個做到這以後就可以做到乒乓球桌上，可以研究一個選手打球的習慣，這個球是有效球還是無效球，比如這個球如果碰到上邊沿是有效球，碰到下邊是無效球，怎麼知道的呢？就是把發電機做在這兒，球觸它的一瞬間有信號出來。很多體育運動上，我們做到羽毛球網、排球網上都可以，都是智能體育，已經可以通過纖維來完成。

圖書館有多少萬本書，過去有圖書管理專業，圖書動一下，誰動這個書就能發現。現在紙張可以作發電機，你翻動一下就知道它動了。你不動它沒有信號，一動它，房間裝一個接收器可以監管所有的書本。你10年不動，裝的電池早沒了，這是你不動它，它沒有信號，一動纔有信號。所以對文件的管理，說有人家裏收藏東西，你用我們的技術，保證字畫丟不了。這是文件監控。

下面講觸感，就是安防上的應用，只要觸動它，信號就會出來。這個東西我們做在地毯上，我在地毯上走路你就知道腳踩哪裏去了，這對老年人監護很重要。

還有健康醫療，做成監測心跳和脈搏，同時能測出血壓。能測出血壓我最感興趣，因爲有大量需求。中醫怎麼號脈的？能不能使號脈過程數字化？我們做了自驅動傳感。

還有大裝置運轉，高鐵等大型裝置的運轉，是不是螺絲鬆了？螺絲鬆了能不能監測到？這麼大的工廠哪兒鬆了我們怎麼知道？就是基礎設施安全的監測，橋樑安全，還有高鐵安全，鐵路安全等等都可以做自驅動傳感，利用振動，變成電力以後可以測它是不是有螺絲鬆動或者其它狀況。

這個是用紙張做的，紙張做的助聽器作爲一個麥克風錄製，錄製以後再反放。拿紙張做的麥克風你看它的保真度能到多少。我們做這個放在助聽器裏面，不用放大的。音頻信號變成電信號以後，音頻保真度可以達到90%。沒有做任何信號處理，就是兩片紙，你可以想想這可以做多少智能的東西，在家居里面。做這個東西貼到我喉嚨上，我講話10米以外無線信號出去。機器人的交換，也是它可以和機器人連接信號。所以選材不限，這個有巨大市場，因爲選材不限，應用場所就不限。

藍色能源大能源

剛纔我講了在海洋表面有巨大的能量，全球海洋能總量76 TW（760億千瓦），我們現在全世界的總功耗是16 TW。但是海洋能量大，很難收集。我們傳統發電機要轉得快，轉的慢就無電力輸出。所以儘管有能量，很難用得上。造價高，環境複雜，而且輸出特低。怎麼辦呢？那我們提個思路。

在海洋環境裏，首先是浩大的，深一下、淺一下，而且頻率慢，有一下、沒一下，上一下、下一下，方向不定、頻率不定。怎麼辦？我們做成球形的，在水裏漂浮，另外在球裏面球套球，在水裏滾動球在裏面滾，滾動的時候，電機設計成非對稱的，利用摩擦起電效應，將滾動能量轉變成電能。這個圖是在水槽裏做的幾個球的共振。同時也可以做成網格式結構。這是2014年我當時提出的藍色能源的概念。

現在能發多少電？做一個估算。設計球套球，什麼樣的材料最好？軟材料還是硬材料好？電極分佈是什麼？這裏面有一系列的研究。怎麼把無規則能量變成電力，這和傳統發動機完全是兩回事。做了以後，我們在模擬水浪裏進行測試。這是第一次放到海里測結構，測了以後能夠使我們開始探索這方面的應用。

放大頻率，因爲水波比較慢，有一下、沒一下，怎麼使頻率放大，我們就用擺鐘式結構，它打一次，能夠共振上千次，達到80多秒。所以對低頻不規則的能量我們能夠有效地收集。（圖）這個就是利用我們這個原理做成的，不管是風能、水能都能有效提升。

擺鐘式結構，在海浪裏能夠收集，利用這種裝置我們的效率可以高達28%、29%，擺錘上的傳遞過去的動能的28%變成電力，大家說你這個還是早，但是這種原創技術就是從零做起的，以前沒有的，可以做起來的，可以實現這個結果的。

它和傳統有什麼區別？顛覆傳統顛覆在哪兒？傳統電磁發電用的是線圈磁鐵，它的輸出功率是F（頻率）的平方，我們用高分子材料，輸出功率是頻率的一次方，區別是頻率很低的時候傳統電磁發電沒有輸出，我們這個有比較大的輸出，所以在頻率比較低的時候，這是一個不可替代的應用，這就顛覆了傳統，從原理上顛覆傳統。這個能產生多少電力？我做了理論上的估值，一個小球發的電10mW，山東省大小的海洋麪積就是15.8萬平方公里，一米深的水（做成方格子立體式結構），發的電量是1.58TW，是全中國的總能耗。在海上山東省的面積並不大，而且不要選擇風景優美的地方，你選擇遠海，底下都是海珊，沒辦法作爲航道，我是理論估值，這個是無碳釋放的，沒有二氧化碳。有人問王老師你達到沒有？我說我還沒有這麼大的經費實現這個，這是國家的戰略上實現，我們開放的原創技術，提出了整個構想，我希望未來能夠對碳中和做出貢獻，而且提供一個長期可持續能源。不管陰天晴天，不管深水淺水都可以，不需要大浪。更重要的是這個晝夜不停，每個球發的是脈衝型的，N個球加起來是直流恆定輸出，要併網問題不大。不像光伏或者風能，稍微不穩定併網很難，所以我覺得它有很多優勢，未來幾年我們要花很大力氣來做這個研究，真正爲我們未來提供可持續的大能源。

成本，特別是投資方面也有人問王老師，成本呢？我說我還沒有做成，你問我成本。有專家評估，發現比現在太陽能、風能都低。這是2017年做的評估，我們的技術才發明了5年，現在評估變的更低了，以後實現規模化，低得更多。我對這個產業充滿信心，因爲成本比較低。

下面簡單回答教科書提出的第二個問題，靜電和如何產生電流的。不管中文教科書、英文教科書，第一節課講靜電，第二節課講電流。我稍微給大家講一點數學和物理。我們現在用的電力是傳導電流，就是金屬棒切割磁力線變成電力的，是1831年法拉第發明的。而我們的發明是基於什麼呢？麥克斯韋提出的位移電流。什麼叫位移電流？麥克斯韋定義的什麼？不是因爲電子流動而產生的電流，而是因爲隨時間變化的電場而產生的感應電流，以及介質極化所引起的靜電荷微小位移所產生的電流。好像不是電子直接流動，是變化的電場。這個偉大發明是1861年麥克斯韋提出來的。我們的科普園叫麥克斯韋創新科普園，中國人都知道牛頓，知道愛因斯坦，很少知道這位偉大的科學家，他是提出電磁波的第一人。我們的電流就是基於這個，但是這一項沒包括我們納米發電機，所以把它的方程組要拓展一下，爲什麼拓展？

在力的作用下，介質界面發生變化，從而很多邊界條件是要變化的。所以這裏要引入另外一項，由於界面介質的邊界發生變化，而產生這一項就是納米發電機的電流。在開始我講到了納米發電機是用納米材料做的，所以叫納米材料機，現在它已經昇華了，利用位移電流作爲驅動力，把機械功轉爲電功的一個技術。

我們把它擴充以後，現在所有的無線通信、天線發射都基於麥克斯韋方程組，物理學界第一大方程組，偉大到什麼程度呢？沒有這個方程組，後來就沒有愛因斯坦提出來的四大場統一 的想法。這裏面有一些量需要擴充。怎麼擴充？考慮到我們發電的時候由於表面電荷的引入，介質極化，形狀發生了變化而引入的極化，所以這裏面增加了一項，把這一項加了以後，就推出了納米發電機的基本輸出電流。所以把這項加進去以後，代到原始方程後，就推導出我們所看到的電流。在外電路看到的電流是這個表現形式，完全可以通過計算機來計算模擬，也可以解析計算。爲什麼講這一段呢？就是得找到核心在哪裏。我們的技術和別的技術不一樣，爲什麼不一樣，我們是和他走的另外一條路，不一樣。麥克斯韋方程組提出來以後，1886年人類第一次看到電磁波，使得我們現在無線通信、光的理論整個翻天覆地的變化，大家一定要記住這個偉大的科學家麥克斯韋做的。我們加了這一項之後，就使得我們找到了納米發電機的根本原理，使得這一項放到這裏面來，可以推導出計算的電流、電壓、功率等等。這些就是我們的理論框架，納米發電機的理論構架和框架，它可以完全的數據化，或者公式化。

兩條路，這是傳導電流，就是現在的電磁發電。這個是位移電流，我們走的這條路，所以效果不一樣、特性不一樣，應用場所也不一樣。不是傳統的某些地方就不行了，它是互補的作用，特別是低頻下的互補作用。

我們提出四大應用，微納能源、自驅動傳感、藍色能源（以及高壓電源），這是我們定義的未來發展的技術路線圖。這些路線圖需要很多年輕學子的加入，更要財力物力，靠我一個人能幹幾件事？現在我們在全世界一直在領先，全球有57個國家和地區、800多個研究單元、6000多人在從事摩擦納米發電機的研究，已經形成一個很大的領域。所以我從“懷才不遇”到開始做，初見成效。論文方面也是與日俱增，所以這是從2005年、2006年的工作做起來的。專利的情況，我們國家專利也是領先的，這方面我們還是有先機的，所以是從0到1。

納米發電機已經進入到高中暑假作業裏面，北大附中已經開始考題了。在座的小朋友記住，下次答題就答對了。

爲了普及我們的發明，我們在北京、在中國科學院北京納米能源研究所有麥克斯韋創新科普園，大家可以掃二維碼參觀，後來我們搬到嘉興去了，還會擴大化，歡迎大家去觀摩、體驗我們這些發明創造，都是科普，把這些告訴大家。

任何發明都是從最原始做起來的。咱們現在用的電力，最早電磁感應定理，人不相信，法拉第當年給人科普，電和磁哪有關係？他怎麼能想到後來變成這個東西，是想不到的。但是我們要對未來充滿信心，就像我們這個節目叫未來論壇理解未來，很重要。

第一個三極管發明是這個照片，第一個集成電路，怎麼有後面這個呢？從這兒能想到這兒嗎？但是最初的思想是從這裏提出來的。都是看的非常粗淺的，不怎麼樣的，原創就在那兒，0就在那兒，我們經常提的0，和人家真正的0是兩個概念。什麼是0？原創的0是：別人沒有想到，你想到了；別人想到了但是沒做，你做到了；你做後別人認爲不對、不正確，你卻堅持做下去了，就是能坐冷板凳；你堅持下去有效果嗎？別人說你堅持這個東西沒有意義，你還是堅持了；你遇到挫折，你面對冷嘲熱諷還在堅持，傻瓜一個，人家都搶熱點去了，喊着石墨烯怎麼做，二維材料怎麼做，你還弄這事兒。這就是你的考驗，需要多長時間？10-20年。沒有這個，你這個“0”不是大“0”，你這個“0”肯定以前被人想到過。所以風險在哪兒呢？我們敢花10年、20年的時間打水漂嗎？誰願意把自己三四十歲的年華打了水漂？不願意，但是你要有判斷，所以很多情況下大家要面對這個挑戰，怎麼走過艱難的時期，就是你自己對自己要有信心，別人都可以對你沒信心，你自己要有信心。

我拿幾句名言和大家一起共勉，這些名言我經常用。原始創新，世界上第一輛汽車是這樣的，和今天開的奔馳好像關係不大。這是瓦特發明的第一個蒸汽機，它是原創的，從這兒幹起來的。在諾貝爾紀念堂裏有四大條幅，其中第一個條幅就是說每個科學真理要經過三階段，第一階段人們說它和聖經相牴觸，完全是錯的，肯定是錯的。然後他們說，它以前被發現過。最後說我早就堅信這是真理能做出來。不會開始說“Wow，fantastic！”沒有那事兒。你要經過這三階段。

第二個大條幅，愛因斯坦說要解決新問題或者新的可能性，甚至從一個新的角度看一個老問題，都需要創造力。摩擦起電是2600年的老現象，從新的角度看它，把負現象用起來就是創造力，這也是原創。我們經常說愛迪生的一句話，天才是99%的汗水+1%的靈感，沒有靈感的汗水是白流的，有了靈感，汗水沒有，等於白有靈感。有時候汗水比靈感都重要。

最後是什麼？真正使科學前進的是新思想，甚至包括錯誤的思想。1926年，快100年了，特斯拉預言了未來，他說“當無線技術得到完美應用時，全世界就可以變成一個巨大的大腦，所有的事件都是其中一個顆粒或部分。不管多長的距離我們都可以在瞬時互相通話交流，同時，我們可以利用電視和電話實時看見和聽到對方，不管多遙遠我們就像面對面談話一樣，而實現這些的設備小到可以裝在背心的口袋裏。”

我們今天智能手機就是這樣，大家記住一百年以前，那時候晶態三極管沒有發明，集成電路更沒有，這就是理解未來，想象未來，虔誠的想象。不管你怎麼理解、怎麼想象，未來不光靠想，未來是創造出來的。

面對嘲笑和諷刺，我們該如何面對？

這個時候它給了你機遇。什麼機遇？當別人認爲你這個原理好像不對，沒有什麼用，還有問題的時候，全世界都在等，不敢做這個方面，萬一跟錯了呢？這不是用青春打水漂了嗎。這時候只有你帶着學生做，給了你時間、給了你空間，你把所有問題都回答完了。這個領域就被你掃光了。今天的研究是你有的設備我也有，你有的財力我也有，我比你還多，只要這個方向大家看清楚了以後蜂擁而上，很快就被炒光了。反而是我們在別人這不信、那不信時候，咱們慢慢做，精雕細琢的做出來，所以也給了我們機遇。反過來看，非常好的事兒。

所以任何新技術出來以後，不要否定它。我們是抱着一種幻想撞進未來，先把它實現了再說。舉個例子，1831年法拉第發明的電磁感應定理，在座的不一定熟悉這個事兒，發電機處處都要用，電動機都需要，電磁感應，線圈都需要，但是沒有人提法拉第電磁感應定理。隨着時間推移很多東西會鋪開，它是一個基礎發明。基礎發明就是基本原理髮明，後面衍生的技術是無窮無盡的。所以不是技術發明，是科學原理的發明。