在實(shí)現(xiàn)實(shí)用價(jià)值之前，盡管還需要做大量的工作，但一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，世界上最高效的光學(xué)矩形天線從余熱中獲取的能量達(dá)到了以前設(shè)備的100多倍。

Rectennas是“整流天線”的縮寫——接收電磁波就像汽車天線一樣。當(dāng)整流天線接收到信號(hào)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生振蕩電荷，通過連接的整流二極管。然后這些整流器將這些波動(dòng)轉(zhuǎn)化為直流電。

理論上，矩形天線可以從通常會(huì)被浪費(fèi)的熱量中獲取能量。這項(xiàng)研究的主要作者、科羅拉多大學(xué)博爾德分校的電氣工程師Amina Belkadi說：“如果這些技術(shù)能夠幫助應(yīng)對(duì)氣候變化，那就太好了。你可以想象把它們加到太陽能電池里，這樣你就能從中獲得更多的能量。”

此次，研究人員設(shè)計(jì)了迄今首個(gè)能夠發(fā)電的整流天線。Amina Belkadi表示：“我們首次證明了，在能量收集整流天線中電子發(fā)生了共振隧穿。”

現(xiàn)在，Belkadi和她的同事們發(fā)現(xiàn)了一種方法，利用一種量子效應(yīng)，大大提高了光學(xué)矩形天線的效率，這種量子效應(yīng)大致相當(dāng)于電子穿墻而過。他們?cè)?月18日的《自然通訊（Nature Communications）》雜志上詳細(xì)介紹了他們的研究結(jié)果。

在傳統(tǒng)整流天線中，電子必須通過絕緣體才能發(fā)電。這些絕緣體給設(shè)備增加了很大電阻，減少了可輸出電量。而在最新研究中，他們?cè)谠O(shè)備上增加了兩個(gè)絕緣體，而不是一個(gè)。這產(chǎn)生一種叫作量子“阱”的效應(yīng)。如果電子以恰到好處的能量擊中這個(gè)阱，就可以利用它穿過兩個(gè)絕緣體，且在這個(gè)過程中不會(huì)遇到任何阻力。“如果你選擇合適的材料，合適的厚度，就能使電子暢通無阻。” Belkadi說，就像幽靈一般“穿墻而過”。

科學(xué)家們測(cè)試了25萬多個(gè)蝴蝶結(jié)形狀的矩形天線陣列，這些天線由鎳、氧化鎳、氧化鋁、鉻和金組成，每個(gè)只有11納米長、6納米寬。他們發(fā)現(xiàn)他們的設(shè)備顯示出比以前的光學(xué)矩形天線高100到1000倍的轉(zhuǎn)換效率。

不過，這些新型矩形天線的轉(zhuǎn)換效率仍然很小，僅為0.001%。“這說明我們還有很長的路要走，”Belkadi說。

“進(jìn)一步提高光學(xué)整流效率的一個(gè)潛在方法是用不同的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓更多的電子通過。也許我們可以把轉(zhuǎn)換效率再提高1000倍在1%到2%的轉(zhuǎn)換效率下，考慮到廢熱損失的巨大能量，如果使用不同的材料或改變絕緣體，讓阱更深，就會(huì)有更多電子通過，” Belkadi表示。

光整流天線有望給可再生能源領(lǐng)域帶來變革，比如收集工廠煙囪或烘焙烤箱發(fā)出的熱量，一些科學(xué)家甚至設(shè)想將其安裝在地球上空的航天器上，捕獲從地球輻射到外太空的能量。

原文標(biāo)題：新的光學(xué)天線從熱量中獲取的電能是原來的100倍

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