科学史上，不少重大发现源于“意外”，但意外往往只眷顾那些不肯轻易放过异常的人。
2005年，一位老师带着几名学生做压电式发电研究。一次偶然的实验中，学生把器件设计错了，测出的电压信号却远超预期。换作寻常处理，这组数据很可能被当作失误删掉。但这位老师没有气馁，他带着团队花了六个月换材料、改设计、反复验证，最终确认：这不是假信号，而是一条前人没有走通的新原理——摩擦起电，可以真正用来发电。
这位老师就是中国科学院北京纳米能源与系统研究所（下称研究所）所长、首席科学家王中林院士。他是纳米能源研究领域的奠基人，发明了压电纳米发电机和摩擦纳米发电机，开拓了自驱动系统和蓝色能源的原创大领域，将纳米能源定义为“高熵能源”。
王中林院士和团队讨论把纳米发电机用在湍流检测中 采访对象供图
二十年后，这项从“意外”中生长起来的技术有了正式名字：摩擦纳米发电机（TENG），由此也诞生了“动态界面电子学”的学科。它被国际纯粹与应用化学联合会评为2024年十大新兴化学技术之一，全球100个国家和地区的3万多名科研人员围绕它发表论文，研究所已孵化8家公司。回望来路，王中林表示：“从一个错误的实验里面我们总结出来新内容，这就是重大发现。”正因为这个发明，根据全球最大学术出版商Elsevier与斯坦福大学发布的《2025年度全球前2%科学家排名》，王中林在“职业生涯影响力”榜单中连续两年、在“单年度影响力”榜单中连续六年位居世界第一。
1831年法拉第提出电磁感应定律，人类发电从此依赖磁铁和线圈。王中林团队想做的是另一条路：利用摩擦起电产生的电荷在空间中的变化引起电场变化，通过位移电流把机械功转化为电功。不用磁铁，不用线圈，用的材料通常是氧化物、高分子等介质材料。
基础研究解决的是“为什么能行”和“原理上怎么突破”的问题，这条路王中林团队走得并不轻松。“当时大家不认可，认为这东西不重要。”王中林回忆，2005年开始研究时，国际上的质疑直指原理本身，“别人认为这个东西是不是原理有问题，能不能发展”。质疑一起，经费就难筹措。他只能硬着头皮往前推。
真正的转折来自那次“设计错了”的实验。效能反而更好，团队第一反应不是高兴，而是警惕：这是真信号还是假信号？经过六个月验证，更换材料、重做器件，最终确认了新原理。王中林表示：“如果你早想到了，别人也都想到了，轮不到你。实验上碰到这样的机会时，一定要追根问底，不要轻易放弃。”
“搞基础研究，要坐得住冷板凳。”王中林自述一辈子坐过两次重大冷板凳：第一次从26岁坐到39岁，才拿到一个美国显微学会的青年科学家奖，中间其他奖一个没得过；第二次从39岁坐到50岁出头，才等来材料领域金奖。“别人可能会嘲讽你，会否定你，但最后的胜利取决于你能否坚持下去。”
“基础研究的价值，往往要用长时间尺度来衡量。”王中林常拿光伏作对比：20世纪40年代开始研究光伏，1954年贝尔实验室推出指甲盖大小的光伏片，1977年一度电需76美元，2000年需6美元，到今天仅需几美分。“任何技术方案在前期都比较困难、比较微小，但你不要低估新生事物的价值，它需要时间去发展。”在王中林看来，摩擦纳米发电机同样处在从原理走向应用的爬坡期，急不得，也停不得。
王中林院士和学生讨论利用电子显微镜材料分析 采访对象供图
基础研究要立得住，最终得回答“能用在哪”。
王中林给出的答案很朴素：有“动”的地方就有能源。人走路、说话、心跳，汽车驶过、桥梁微动，水波起伏、洋流涌动，都是分布广、密度低、低频次、低幅度的机械能。传统发电技术难以高效收集能量，摩擦纳米发电机恰好补足这块短板。它的另一优势是选材不限——氧化物、高分子、沙发布料、口罩材料都能用，“用材不限，应用范围就不限”。
一项从“错误实验”中诞生的原创技术，如何从实验室走向全球产业竞争？王中林院士团队的答案是：用二十年时间，把原理突破变成专利布局，把专利布局变成产业话语权。在专利布局方面，团队目前已拥有500多件国内专利、80多件国外专利。
在王中林团队看来，原创技术的知识产权工作有两个关键：一是早布局，原理一经验证就要围绕材料和场景织密专利网，不给后来者留下绕道空间；二是敢转化，专利不能锁在抽屉里，要通过孵化企业、产学研合作变成产品。
王中林团队深谙：专利要落地变成产业，得落到具体产品上。围绕这个判断，王中林团队提出五大方向：微纳能源与蓝色能源产业、自驱动传感产业、微纳医疗健康与环保产业、自供能安防监测产业、压电（光）电子半导体产业。数据显示，研究所目前已推进30余项产业化项目，落地孵化企业8家。
医疗健康是团队最早看到商业化曙光的方向之一。心脏起搏器需要持续供电，电量虽小却要持续很多年。王中林团队把摩擦纳米发电机与起搏器结合，做成自驱动装置，最近已以企业化形式推出。“为这个研究，我和团队付出了18年的努力。”王中林说，很多原创发明不是一朝一夕能干出来的。
基础设施监测则是另一片待开发的天地。当前，国家推进的六个网——交通网、管道网、电力网、水网、热网、气象环境监测网，都需要分布式传感网络。汽车驶过时可以发出电信号，用来监测铁路交通状态。水网同样如此，每家每户的水节点可以监测流速、流量、pH值、浑浊度。“看起来小，但这是一个城市绿色发展应急非常重要的数据。”王中林表示。
海洋是王中林“念兹在兹”的大舞台。2014年他首次提出“蓝色能源”概念，把无规则的水波能变成电力。水波频次低、幅度低，传统技术难以高效收集，摩擦纳米发电机技术提供了新路径。他给出一组对比数据：在海洋场景中，1立方米发电最高峰值可达上千瓦，且海浪昼夜不停。这些应用场景的拓展，反过来要求专利布局覆盖材料、结构、系统等多个层面，形成“原理-器件-场景”的保护链条。
技术产业化，成本是一个不可回避的问题。“现在的成本虽然相对高一些，但只要形成量化机制，成本一定会大大降低。”他拿光伏和氮化镓芯片设备做对比，结论是：用量一大、材料一换、工艺一上，成本自然会降下来。
王中林院士和学生讨论接触电致催化的实验 采访对象供图
“技术领先，不等于产业自动加速。”王中林说，“任何技术发展了二十多年，还没有从政策层面形成一个支持体系，这是很辛苦的。”令他欣慰的是，国家近期推出从微网到微能源的政策导向，“当地产生、当地消纳”的思路，与他几年前倡导的主网加微网、主流能源加高熵能源的分布式能源方案不谋而合。
如今，产业化的资本层面已出现新的变化。国有资本和私营资本都正在融入摩擦纳米发电机相关项目。例如，在海洋能源领域，一些私有资本展现出前瞻性。一位私有资本投资人说，“这是未来的能源，要提早投产、培育技术、推向市场”。但王中林同时呼吁投资者要真正看到未来市场，而不是只盯着短期回报。
“从法拉第1831年用电磁感应把机械功转为电功，到今天摩擦纳米发电机开辟第二条路径，能源技术的演进从来不是一蹴而就。”王中林提醒年轻科研人员，人工智能时代信息唾手可得，真正稀缺的是实验里碰上意外时那股追根问底的劲头。
对中国原创技术而言，原理突破只是第一步，专利布局是第二步，产业转化是更长的路。王中林团队用500多件国内专利、80件国外专利，为这条路径打下基础。有“动”的地方就有能源——而要让这句话变成产业现实，还需要知识产权制度持续为原创护航，让每一项从“错误”中长出的有价值的发现，都能在市场上站稳脚跟。
来 源：中国知识产权报 原标题：从“意外数据”里发掘原创技术——王中林院士团队突破摩擦纳米发电机技术纪实
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编 辑：晏 如
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