无线电力新发明:太赫辐射“凭空”发电

前沿科技

2020/04/07 21:55:54

  太赫辐射是频率介于微波和红外线之间的辐射波。任何有温度的物体都在发出这种辐射。科学家找到了一种将它们收集起来,转化为电力的技术。太赫辐射在人们的日常生活中无处不在,包括Wi-Fi设备,甚至人体都在发出太赫辐射。可是以前,它们只是四散在空间中毫无用处的能量,因为没有技术可以利用它们。

无线电力新发明:太赫辐射“凭空”发电

  麻省理工学院的一份新研究,找到了能把这些辐射集中起来发电的技术,所产生的电力水平大约可以为手机、移动电子设备提供电能,更有用的是,可以为人体植入式医疗设备提供电力。

  在过去十年里,科学家尝试了多种方法希望把周围环境中“游离”的能量搜集、转化为可用的能源。其中多数都是通过整流器,把来自交流电的电磁波转变为直流电。

  多数整流器都是将低频波,比如无线电波,使用二极管电路产生电场,引导无线电波通过特定设备产生直流电。这些整流器使用的电波达不到太赫兹范围。

  有一些技术实现了太赫辐射与直流电的转换,可是需要非常低的环境温度,因而不可行。这项新技术避开了以往的思路,通过让材料内部的电子朝同一个方向流动,引导收集而来的太赫波变成直流电。研究者称,这项技术对材料的纯度要求高,杂质会起到阻挡电子一致性流动的作用。研究人员发现石墨烯是很好的起步材料。

  但是由于石墨烯材料自有的“对称性”,意味着外来的能量将对内部电子产生向各个方向均等的作用力,也就是对称的作用力。

  研究人员查找了大量科研文献,发现有人通过在石墨烯材料上加一层氮化硼网格结构——类似由两种原子组成的蜂窝晶格结构,可以打破石墨烯的对称性:靠近硼原子的电子得到一个方向的作用力,而靠近氮原子的电子得到另一个方向的作用力,其总体效果神奇地使电子都朝一个方向运动。

  该研究组还发现,收集的太赫波能量越强,设备转换电力的效率越高。因此这种设备应考虑设计出尽可能集中周围太赫辐射的能力。

  该研究组将这种设计名为“高频整流器”,并注册了专利,正与实验物理学家合作造出实用的设备。这份研究3月28日发布在《科学进展》期刊上。

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