纳米发电机问世阅读题及答案

纳米发电机问世阅读题及答案

　　试题内容：

　　阅读下面的材料，完成1~8题。

　　材料一

　　华裔物理学家王中林和其博士生宋金会成功地在纳米（十亿分之一米）尺度下将机械能转换成电能，在世界上首次研制成功纳米发电机。这一最新成果开启了纳米科学和技术的新篇章。

　　近十年来，纳米科学界对纳米材料合成和应用的研究方兴未艾。尺寸微小、功耗低、反应灵敏的纳米器件和纳米机器人，一直是纳米学术界的前沿，因为它们可以完成微观医疗以及遥感等普通人力难以启及的使命。但对于全球众多的研究者而言，最大的问题是：不管纳米器械做到多小，仍然不得不依赖庞大的外接电源。如果真正让这些微小器件工作起来，保持纳米系统微小而且体内可植入等特性，小型化的供电系统必不可少。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，也才能在多领域得到广泛的应用。

　　王中林和宋金会巧妙地利用竖直结构的氧化锌纳米线的独特性质，在原子力显微镜的帮助下，研制出将机械能转化为电能的世界上最小的发电装置---纳米发电机。他们充分利用了氧化锌纳米线的半导体性能和压电效应: 通过外界环境震动，无论是超声波，还是人的行走、潮汐的运动，甚至心脏跳动(如果被植入人体内部的话)，使得纳米线因机械运动所产生的动能传导，而产生微小的共振、摆动、变形，从而在表面积累起电荷，再由纳米线所附着的电极板输出电流，从而完美地实现纳米尺度的发电功能。据测算，当时这一纳米发电机竟然能达到17％~30％的发电效率，为自发电的纳米器件奠定了物理基础。

　　王中林教授早在七年前就敏锐地认识到氧化锌具有独特的半导体、光学和生物特性等其他纳米材料不可替代的作用。他带领科研小组，一直致力于以氧化锌为基础的纳米材料的合成和应用的研究，并且取得了令人瞩目的成果。2001年，他们首次合成氧化锌半导体纳米带，这一重大科研成果震动了整个纳米学界。

　　王中林团队的科研成果表明，纳米发电机的发明势必是纳米科技界的重大科研里程碑，其应用前景不可估量。

　　（取材于《纳米发电机问世》）

　　1.下列对“材料一”中加点字词的解说，正确的一项是（2分）

　　A.方兴未艾：艾，读作“yì”，为“停止”之意。

　　B.“难以启及”“潮汐”“附着”三词书写都正确。

　　C.电荷：“荷”字与“荷枪实弹”中的“荷”同音。

　　D.震动：意为“使人心不平静”，可与“振动”替换。

　　2. 根据“材料一”，下列对“纳米发电机”的解说，正确的一项是（3分）

　　A. 首次实现机械能与电能的相互转换。

　　B. 具有功耗低、反应灵敏等特点。

　　C. 能为纳米器械工作提供电源保障。

　　D. 在科技发展史中具有里程碑意义。

　　3.根据“材料一”，下列各项中，不属于纳米发电机实现发电所需条件的一项是（3分）

　　A.机械运动                        B.氧化锌纳米线

　　C.原子力显微镜                    D.电极板

　　材料二

　　摩擦运动产生的微小能量收集起来能不能发电?王中林教授的回答是“能”。2011年，王中林教授发现表面上修饰着纳米结构的塑料薄膜，互相摩擦就有静电产生，而且这种方式产生的电压电流是过去用压电产生的几十倍。基于这样的发现，王中林团队研制出了摩擦纳米发电机，并在2014年将其输出功率提高了五个数量级。

　　从2006年开始，王中林团队先后发明了压电式纳米发电机、热势纳米发电机、混合型纳米发电机、摩擦纳米发电机，用单根氧化锌纳米线实现了从机械能到电能的转化。此外，美国另一科学家与中国科学家联合开发一种能从汽车车轮与地面的`摩擦中收获能量的纳米发电机，将车辆的燃油效率提高10%。而中科院纳米能源所2014年也成功研制出旋转型摩擦纳米发电机，首次实现了恒定电源的输出。

　　纳米发电机可以收集机械能，如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量；还可收集震动能和流体能量，如声波和超声波产生的能量；体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量。然后将这些能量转化为电能，提供给纳米器件。

　　纳米发电机在生物医学、军事、无线通信、无线传感等方面具有广泛的应用性。例如：每个人的衣服、鞋子里放置这样的电源，肢体运动时就可以将机械能转化为电能，从而为身上携带的电子设备（包括MP3、手机等）提供能量。还可用来植入皮下，利用肌肉活动来供电，不需要更换电池，就可以检测血脂、血糖和心脏活动。甚至可应用到安保方面，将传感器安装到门把手上、地面上、屋子里，有人触碰上就可产生信号，实现报警或启动监视状态。

　　目前，纳米发电机可以预想的主要有三大应用领域：第一大领域是移动通讯、移动能源，也就是逐渐流行的可穿戴智能设备。第二个应用是自驱动的传感，包括健康监测、物联网、环境监测方面等等。第三大领域则较为长远，利用大能源发电。比如现有的风力发电机，体积庞大，风力太小带动不起来。而利用纳米发电技术，在一堵墙上做出蜂窝状的小洞，只要有风就可以发电，也就是说，纳米发电机具有大规模收集和转化自然界中机械能的潜力，有望成为绿色能源供给的全新途径。

　　和传统的电磁发电机相比，纳米发电机具有诸多优势。例如，摩擦发电机由薄膜高分子材料和薄膜电极材料制成，具有极轻的重量和极小的体积，特别适合于为小型电器提供电能；摩擦发电机的制作材料均为大规模工业化原料，其结构简单，制作成型简便，制作成本大大低于其他发电技术，为其广泛应用提供极为有利的条件。

　　（取材于《可收集摩擦发电的纳米发电机》）

　　4.根据“材料二”，下面的理解和推断，正确的一项是（3分）

　　A. 2011年，王中林团队发明摩擦纳米发电机，并将其输出功率提高五个数量级。

　　B. 摩擦纳米发电机可以收集摩擦运动中产生的能量，来提高车辆的燃油效率。