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真神奇!可发电的整流天线来了

2021-05-26 10:48:41  来源:前瞻网

美国科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的科学家们,利用电子的一种特性,设计出了可以从环境中捕获多余热量并将其转化为可用电力的设备。

这种“光整流天线”(optical rectennas)太小,肉眼无法看到,但其收集能量的效率大约是类似工具的100倍。他们通过一种叫做“共振隧穿”(resonant tunneling)的神秘过程实现了这一壮举——电子在不消耗任何能量的情况下,通过了固体物质。

该研究的第一作者阿米娜·贝尔卡迪(Amina Belkadi)解释说,整流天线的工作原理有点像汽车无线电天线。但光学整流天线吸收光和热并将其转化为能量,而不是接收无线电波并将其转化为声音曲调。

它们还可能改变可再生能源的世界。从理论上讲,工作中的整流天线,可以收集来自工厂烟囱或烘焙炉的热量,否则这些热量就会被浪费掉。一些科学家甚至提议将这些装置安装在飞艇上,飞艇将在地球表面的高空飞行,捕捉从地球辐射到外太空的能量。

但是,此前整流天线还没有达到达到这些目标所需要的效率。而在最新的研究中,Belkadi和她的同事们设计了迄今首个能够发电的整流天线:“我们首次证明了,在能量收集整流天线中电子发生了共振隧穿。”

为了捕捉热辐射,整流天线需要非常小——比人的头发还要细很多倍。而这有可能会带来高电阻的问题,缩小整流天线的输出功率。

然而,在最新的研究中,研究人员决定在他们的设备中添加两个绝缘体,而不是一个。这创造了一种称为量子“阱”的能量现象:如果电子以合适的能量撞击到这个位置,它们就可以利用它穿过两个绝缘体——在这个过程中不会遇到阻力。这就像鬼魂不受干扰地穿过一堵墙。“如果你选择正确的材料,并使它们具有正确的厚度,那么它就会产生这种电子看不到阻力的能量水平。”

这意味着更多的能量。为了测试这种可怕的效应,Belkadi和她的同事们在实验室的热板上排列了一个由25万个整流天线组成的网络,它们的形状就像小领结。目前这些设备只能捕捉不到热板产生的1%的热量,不过他们准备逐步进行优化改进。

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