你可能很難將小小的納米發(fā)電機和質(zhì)譜儀關聯(lián)起來，但聰明的科學家們怎么能放過任何一個解決問題的機會?我們先來一小波關于質(zhì)譜儀的科普：

　　質(zhì)譜儀主要進行成分和結構分析，可以準確測定物質(zhì)的分子量以及根據(jù)碎片特征進行化合物的結構分析。

　　分析時首先要將分子離子化，然后利用離子在電場或磁場中運動的性質(zhì)，把離子按質(zhì)荷比大小排列成譜，這就是質(zhì)譜。然后利用不同離子的質(zhì)荷比的不同，就能將不同分子分開啦。

　　那么問題來了，如何將分子離子化呢?簡單的說，可以通過失去或者捕獲電荷的方式生產(chǎn)力子，例如：電子發(fā)射、質(zhì)子化或去質(zhì)子化的方式。

　　但是這個步驟并不容易，首先效率很低，非常低，如果利用傳統(tǒng)的高壓電源，99%的能量是被浪費掉的，那都是錢啊!!!更重要的是，目前所有的離子化方法都無法對離子數(shù)量進行精確地控制，也就是說，精度不高。這就尷尬了!

　　摩擦納米發(fā)電機有一個很重要的特性，它可以實現(xiàn)固定電荷量的高壓輸出。也就是說，如果能將它與質(zhì)譜儀結合，不僅僅能夠準確控制離子數(shù)量提高精度，設備的耗能也會大大降低，儀器可以小型化，進而應用于航天和軍事等領域。

　　說起來容易，但解決這個問題，需要國際化的頂尖團隊。在佐治亞理工學院、中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士和 FacundoFernández 教授共同指導下，李安寅博士和訾云龍博士組成的合作團隊，用摩擦納米發(fā)電機(TENG)驅動離子源，實現(xiàn)了離子源在電荷數(shù)量、正負極性、信號長短等諸多方面的精確控制，這項工作發(fā)表在 Nature Nanotechonlogy 上，思路之巧妙，控制之精確，請看下文!

　　首先，他們利用摩擦納米發(fā)電機(TENG)將電噴霧離子化和等離子體放電離子化。由TENG提供的固定電荷量可以實現(xiàn)對離子化過程前所未有的精確控制，可以進行納庫精度(nanoColoumb)的可控離子產(chǎn)生。

　　另外樣品消耗也大大減小，通過納米發(fā)電機的驅動，離子脈沖的持續(xù)時間、頻率、帶電性都可以得到有效控制，這樣就能將樣品消耗降到最小。

　　與傳統(tǒng)高電壓技術相比，由于納米發(fā)電機產(chǎn)生的電荷很少，避免了質(zhì)譜分析中DC高電壓下常見的電暈放電現(xiàn)象，首次實現(xiàn)了超高電壓(5-9千伏)納電噴霧(nanoESI)。

　　這篇 Nature Nanotechonlogy 對工作進行了非常詳細的介紹，以下是簡單的圖文導讀：

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　　圖1. 離子噴霧槍圖片

　　摩擦納米發(fā)電機所產(chǎn)生的離子源用于分析極其微量的化學和生物樣品，其精度可以達到幾百個分子。

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　　圖2. 通過 TENG實現(xiàn)離子化示意圖。

　　a)實現(xiàn)接觸-分離式摩擦發(fā)電機(CS)的力學圖示。

　　b) 獨立滑動式摩擦發(fā)電機(SF)的力學圖式。

　　黃色：Cu電極層

　　藍色：FEP層( ?uorinatedethylene propylene)

　　紅色箭頭：摩擦發(fā)電機電極的移動方向

　　脈沖：電子向離子源移動方向(e?,I)

　　尖針：納米電霧發(fā)射槍

　　垂直方塊：用于接受電子束的鋼板，電流值可以用皮安電流表測得(圖中的“A”)

　　c).納米電子發(fā)射槍的暗場圖像可以看到摩擦發(fā)電機發(fā)射的羽毛狀電子束，長度單位：1毫米

　　d).在等效電路中，TENG用電容器(C1)和其他原件來表示(左虛線框)。nanoESI發(fā)射槍等效于電容器(C2)，可以按設定值發(fā)射出電荷，用右虛線框表示。發(fā)出的電荷(產(chǎn)生的離子)穿過發(fā)射槍和質(zhì)譜儀(或皮安電流表A)之間的間隙。

　　另外，CS-TENG電極(a)接在一側，可以在接觸位置重設靜電狀態(tài)，圖d中用開關CS表示。

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　　圖3. TENG對納米電子噴霧的離子化實現(xiàn)精確控制

　　a)代表TENGs控制離子束過程VOC -QSC線代表TENGs提供一定電荷后的電壓-電荷關系。當納電噴霧接上時，只有當電壓達到特定電壓Vonset，電荷才會傳遞到這個離子源(Cion source)

　　接著，大量電荷以電噴霧的離子化形式釋放，直到TENG電壓降到設定值以下，用綠線Qpulse表示

　　b)時間-電荷圖描述了單CS-TENG驅動的納米噴霧發(fā)射器的離子化脈沖。四條線是使用了不同電阻的結果( 0 GΩ(黑), 0.5GΩ (藍),1 GΩ(紅) 和 1.25 GΩ(綠))，用于調(diào)控電荷。綠線對應一種設定條件，約50%電荷并能變成電子噴霧。

　　c)長時或短時的總離子時間記錄圖 。使用 SF-TENG得到按需產(chǎn)生的高頻脈沖: >5 s (黑), 600 ms (藍), 300 ms (紅) and 60 ms (綠)。

　　d) 一次實驗中交變極性噴霧脈沖(紅+綠)的總離子時間記錄。in one experiment and 另一實驗中校正的單極脈沖(黑)。

　　納米發(fā)電機可以幫助質(zhì)譜儀提高在低濃度下的電噴霧離子源的靈敏度，并將樣品的利用率最大化，而且，該納米發(fā)電機已經(jīng)成功檢測各種有機小分子和生物大分子，并達到了可以檢測到幾百個分子的靈敏度。此外，納米發(fā)電機驅動的交流離子噴霧還可以用于在絕緣表面進行沉積離子材料。

　　其實，該研究的意義并非如此，這項突破對摩擦納米發(fā)電機(TENG)也同樣具有開創(chuàng)性意義，這是第一次將納米發(fā)電機用于設備儀器中，為以后類似的研究提供了思路。TENG取代了質(zhì)譜設備上原有的離子噴霧電源，為小型質(zhì)譜設備實現(xiàn)便攜化并在極端條件下(例如軍事或航天上)應用提供了可能，為了開展空間實驗提供了極大地便利。