自1999年起，《麻省理工科技评论》每年在全球范围内从生物医药技术、能源材料、人工智能等多个前沿学科和科技领域中遴选出35岁以下对未来科技发展产生深远影响的青年科技人才-“35岁以下科技创新35人”。2017年《麻省理工科技评论》将这份最权威的榜单落地中国，旨在以全球视野挖掘最有创新能力的科技青年领军人，并为这些青年科学家搭建一个高度国际化的舞台。
为聚集全球创新人才和资源，打造创新人才高地，中关村科学城与北京清华工业开发研究院联合《麻省理工科技评论》中国，于2023年3月30日-31日在北京·海淀中关村自主创新示范区展示中心会议中心举办全球青年科技领袖峰会暨《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”中国发布仪式。
以下为香港科技大学（广州）功能枢纽可持续能源与环境学域长聘副教授、研究员訾云龙在全球青年科技领袖峰会的精彩演讲，由云现场整理。
感谢TR35的邀请，我实际上是去年的TR35亚太区的入选者，今天给大家带来的话题是面向无缘物联网的自供能无限系统，就是说我们刚刚两位老师讲的都是比较大的能源，今天讲的是相对比较小的能源，我是来自香港科技大学（广州）的訾云龙。
我今天讲的主要背景是我们目前科技发展的总体趋势是物联网的普遍应用，物联网的应用带来了一些原来想不到的特征，好像我们以前的电力设备比如说插个电就好了，连在电网上，但是现在我们物联网的很多小的器件都是非常零碎的，广泛的分布在很多的空间里面，比如有一些要放在建筑非常高的地方，有一些可能放在一些地底下，海里面，这些小的器件具有广泛分布的特征，甚至有一些具有可移动性的特征，这个时候给他的能源供给也就需要发生一些变化。
我们传统上来讲这些器件目前都是用电池，当然电池也是非常重要的，但是电池有一个问题就是说有可能有一些东西得老换，这也是一个很麻烦的事情，如果再接一些线，因为又有一些移动可分布的特征，我们就会想到耳机总会是弄成一团，这是一个很烦人的事情，于是我们想到有没有可能我们让这些器件从它所处的环境当中获取能源，于是我们就有了这样一个变化，我们就希望能够和一些能量采集的技术进行结合，让这个物联网变成一个无缘的物联网，这个也是近两年比较火的概念，2021年的物联网大会上在国内引起了比较大的讨论。
这个无缘物联网的发展，我相信对于第四次工业革命的信息技术的发展也是有非常大的促进作用的。我在过去将近10年的工作主要是基于摩擦电的能量的采集，说到摩擦电这个一般都是中学物理的第一课，老师会告诉大家，我们这个电是怎么样产生的，是通过玻璃棒和毛皮的摩擦，然后产生了静电荷以后就会吸取很多小的物体，很多人一提到摩擦电，他的印象就是说这个东西有两个特征。
第一，如果你想产生比较好的摩擦电荷，就必须有比较好的接触，必须有比较强的摩擦力，这就带来一个悖论，如果想要摩擦电荷比较高，你的摩擦力可能也得相对比较高，摩擦力一旦大的话，你知道摩擦力是一个耗散力，它会让能量变成热能，这样就耗散在空间当中了，在产生能量的同时也带来了相对比较大的浪费。
另外一个问题就是摩擦电是静电，静电很容易发生静电放电，我们长期在北京生活的同志们肯定有一些经验，你在冬天脱毛衣的时候，很容易听到霹雳啪啦作响的声音，实际上就是你的衣服产生了摩擦电在放电。
我们的研究工作主要是针对这方面的瓶颈，从摩擦力的角度、静电放电的角度，怎么样去把这个能量浪费给减小，让它尽可能的变成我们所需要的一种静电能，在实现一种输出，从而能够更好的去给物联网去供电。
我们做的这个器件叫做摩擦纳米发电机Triboelectric Nanogenerators，这个纳米主要是说我们这个发电机相对于普通的发电机比较小，但不是说它非要达到纳米的量级。它的基本原理是摩擦起电，然后再进行静电感应，我这里面有一个小动画，可以给大家看一下。
很遗憾，放不出来，大概就是说这两个表面先接触，产生了摩擦静电，然后在相关的振动下，通过静电感应进行静电输出。
我们就想了很多方法去解决我刚才讲的两个困难：
第一个困难，我们怎么样去解决这个摩擦力以及摩擦磨损的问题。首先我们想到我们为什么会产生很强的摩擦力，因为我们有一个固体和固体的结构相互进行摩擦，固体都是一种规整的表面结构，规整的晶体结构，它们相互摩擦的时候，因为规整的晶体结构加上表面，肯定不可能完全是平的，于是就很容易产生摩擦和磨损。
于是我们就想到是不是说另外摩擦的一方，如果把它变成相对流动性，相对柔性的材料可能就会更好一点，于是我们就直接想到了液体，我们是试一下固液界面能不能发生摩擦起电，我们发现其实固液界面也是可以的。相对来讲液体它虽然有一定的黏性，但是由于它流动性特别好，所以说它相对来讲摩擦力和磨损都是非常小的。
通过这种比较超强的流动性，我们可以让它去收集多种形式的摩擦电能量，比如说这种平动、转动都是可以的。于是我们就想到可以让它去收集特别无规则的能量，比如说身体的运动，海洋波浪的运动，这个是我们在香港维多利亚港做的一些示范。
但是，这里面还有一个问题，虽然说它能够产生摩擦起电，由于液体的一些特性，产生的起电量并不是很大，于是我们就想到另外一个，有没有一种固体它虽然是固体，但是它的一些晶体结构上更加接近于液体，于是我们就想到了液体金属，它是一种无定型的晶体结构，通过这种就可以产生比较高的起电量的同时，同时它的摩擦力非常小。
于是我们就定义了一个新的概念，把产生起电量和它的摩擦力所消耗的能量做了一个比值，我们叫做摩擦起电效率。我们通过对比发现这种非金态的金属，它其实可以产生比金态金属要高4倍之多的摩擦起电效率。于是我们就把摩擦电的器件变成了一个相对来讲达到摩擦力比较小，摩擦损耗比较小，但是产生的电荷量还是不错的一个器件。
再配合一些器件的设计，比如说目前的器件设计，我们就可以让它持续的积累电荷到一定量，再一次性释放。因为我们想让它产生大坝类似的效果，把水积累的特别高，然后再一次性释放，这样它的功率跟能量是最大的。
以前我们的摩擦力电经常是微瓦、毫瓦的输出，我们这里面就实现了相对比较大的，达到瓦以上的输出。实际上我们2021年已经突破了原有的损失功率密度的极限，达到了一个新的记录值，我们在今年又达到了一个更高的高度，我们就用这种摩擦电，其实它已经可以驱动日光灯管比较高功率的一种器件，还实现了无限的传能，只是用这种相对来讲比较小，只有手掌大小的摩擦电的器件。
我们下面讲的一部分，我们在研究过程当中，一方面我们在追求能量的极致，另一方面我们也在观察摩擦电有可能会产生的一些其它现象。比如说摩擦电我们会产生放电，这种放电如果说你从能量的角度，它是一种浪费。但是从另外一个角度，它也是在产生新的能量，因为它在放电的过程中，会让电荷通过一种无线电波的形式释放出去，于是就可以作为一种无线传感的方案，而且这种无线传感它的能量来源完全来自于摩擦电，于是我们就可以叫它自供能无线传感，或者是无缘无线传感。
我们可以对比一下传统的无线传感器件，你可以看到它会包括很多个模块，从电池开始到功率管理到传感到无线传输，实际上会让这个模块变的相对比较庞大，只是一个电池来讲就会让这个体积比较大。如果说我们做成这种摩擦电的无线传感的器件，我们可以把它做成仅仅是一个薄膜，它的尺寸大小甚至比指甲盖、硬币还要小，就可以实现无线传感的功能，它的大概工作是这样子，一个薄膜我们滑过去，里面产生摩擦电，在局部产生一个放电的信号，这个放电信号会变成无线电传出去，利用一些器件我们在相对比较远的距离，就可以接收到信号。
实际上我们通过这种技术，我们已经实现了用最小的器件实现了最远的无限距离传输，而且这个器件它可以做小型化，可以做到指甲盖大小，还可以做多器件组合，它甚至还可以去做可穿戴的器件。
于是我们利用这种技术，去演示了多功能的无线传感的功能，我们可以实现气体的传感和识别，实现金属的检测，我们就利用脚踏的一点点能量，我们就可以实现无缘的金属检测，它的好处就是完全不用电池，你摆在那里就可以了，只要外面有一个无线接收端就可以了。
我们还可以实现一个压力的映射，这个实际上需要跟一些现有的商业传感器进行配合，相当于多个无线发射的模块，实现多个地方的压力检测。另外一个现象我们发现非常有意思，有些材料它在产生电场以后会发光，我们这种材料叫做电制发光材料，于是我们就用摩擦电去产生电场，这样就可以产生一个现象叫做摩擦电制发光，这个为什么会发光？也是跟内部的展流子激发然后再释放是有关系的，这里面我们就不具体讲了。
我们想讲的就是让它去做一些功能，铺上不同的发光层，然后再用摩擦电去驱动它，当你在浅浅的滑过时候和重重的滑过，驱动的发光层的光是不一样的，于是就可以做书写笔记的识别。
比如说，有些特别喜欢模仿别人的书写笔记，他可能会喜欢模仿别人写的样子，但是你在写的过程当中，你在某一笔力度的大小，有些地方重，有些地方轻，你是模仿不了的，我们就可以用这种器件去进行识别，到底是不是你这个人做的。而且它还可以用超声进行激发，这是我们在水底下用超声进行激发，在局部能产生相对不错的光强。
于是我们就可以用它做多功能的应用，比如说可以用多个器件接收超声信号，再根据它们距离的远近去进行超声信号源的定位，可以用它进行无限信号的传输，还可以用它发出的光进行生物组织的照明，这样相当于将来的光学显微镜不需要额外的光源了，我们还可以用它光的轨迹进行人机交互，这是我们演示的用光的轨迹打游戏这样一个做法，我相信这个将来在我们目前的人机交互、元宇宙这块也是有应用的。
最后，感谢我的团队，谢谢大家。
