科罗拉多大学博尔德分校的科学家们利用了电子的一种类似恶作剧鬼的特性，设计了一种设备，可以从环境中捕获多余的热量，并将其转化为可用的电力。

 

研究人员在今天(2021年5月18日)发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中描述了他们新的“光整流器”。这些设备太小，肉眼无法看到，但其效率大约是用于收集能量的类似工具的100倍。他们通过一种叫做“共振隧穿”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固体物质。

 

该研究的第一作者阿米娜·贝尔卡迪(Amina Belkadi)说:“它们像幽灵一样走进来。”她最近刚刚获得了电子、计算机和能源工程系(ECEE)的博士学位。

 

她解释说，整流天线(整流天线的简称)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。天富平台优势

 

但是，到目前为止，整流天线还没有达到达到这些目标所需要的效率。直到现在,也许。在这项新的研究中，Belkadi和她的同事们设计了第一个能够发电的整流天线。

 

“我们首次演示了电子在能量收集光学整流天线中发生共振隧穿，”她说。“到目前为止，这只是一种理论上的可能性。”

 

该研究的合著者，ECEE教授Garret modeldel说，这项研究是这项技术的一个重大进步。

 

他说:“这项创新使整流天线更加实用迈出了重要的一步。”“现在，效率真的很低，但它将会提高。”天富平台优势

 

一个无与伦比的的问题

 

这是modeldel很长一段时间以来一直期待的发展，他已经就这些设备写了一本书。自1964年一位名叫威廉·c·布朗(William C. Brown)的工程师用微波为一架小型直升机提供动力以来，Rectennas就已经出现了。它们是相对简单的工具，由一个吸收辐射的天线和一个将能量转换为直流电流的二极管组成。

 

“这就像一个无线电接收器，接收电磁波形式的光，”他说。

 

然而，问题在于，为了捕获热辐射而不仅仅是微波，整流天线需要非常小——比人的头发细很多倍。这可能会导致一系列问题。例如，一个电子设备越小，它的电阻就越高，这就会缩小整流天线的输出功率。

 

贝尔卡迪说:“这种设备的电阻需要非常低，但它也需要对光有真正的响应。”“你做的任何让设备在某一方面变得更好的事情，都会在另一方面变得更糟。”

 

换句话说，几十年来，光学整流天线似乎都是不可能获胜的。直到贝尔卡迪和她的同事，包括博士后研究员阿延德拉·韦拉科迪，找到了一个解决方案:为什么不完全回避这个障碍呢?

 

一个可怕的解决方案

 

该团队的方法依赖于量子领域的一种奇怪特性。

 

Belkadi解释说，在传统的整流天线中，电子必须通过绝缘体才能产生电力。这些绝缘体给设备增加了很多阻力，减少了工程师可以输出的电量。

 

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。这一添加具有反直觉的效果，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。莫德研究小组的一名研究生先前曾提出这样的光谱行为在光学整流天线中是可能的，但直到现在，还没有人能够证明这一点。

 

Belkadi说:“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。”“它们只是呼啸而过。”

 

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。然后他们加大了暖气。

 

 

这些设备只能捕捉不到热板产生的1%的热量。但Belkadi认为这些数字只会继续上升。