矩形充当非常高频的无线电接收器。主要用于二极管和天线的装置已被用于支持红外(IR)感测和无线通信等应用。

现在,来自科罗拉多大学博尔德分校的科学家们希望通过制造从废热中获取能量的光学设备来扩展整流天线的能力。

根据其发明人,光学预直线太小而无法用肉眼看到,这太小而无法用肉眼看到,比用于能量收集的类似工具,大约100倍。

通过神秘实现的能量收获,也许甚至是幽灵般的过程,称为“共振隧道” - 电子通过固体物质而不花任何能量。

“他们喜欢鬼,”领导作者Amina Belkadi,最近从Cu Boulder的电气,计算机和能源工程系(ECEE)赢得了她的博士学位。

贝卡迪和她的团队的结论是纸上的本月发表于期刊自然通信

根据CU博尔德团队的说法,演示 - 来自热板提供的热量的一半,是由热板提供的热量提供的漏斗中的一个小型可再生能源应用中的应用。

例如,工作的直线可以理论上可以收获来自工厂烟囱或面包烤箱的浪费的热量。一些科学家们甚至在高飞机上提出了安装的预直线,从而捕获从地球到外太空的能量。

全线如何工作?

贝尔卡迪说,整流天线或全线,就像汽车无线电天线一样;但是,该器件代替拾取无线电波,可以吸收光并将其转换为电力。

在传统的indenna中,电子必须穿过绝缘体以产生电力。绝缘体增添耐药性,减少工程师可以收集的电量。

Cu Boulder团队有一个反向直观的想法:如果添加绝缘体可以以某种方式提供更多电力?

结果是一个额外的绝缘体,它产生了一种称为量子的能量现象“井”。

研究人员证明,当电子以适当的能量撞击阱时,它们可以像幽灵一样穿过绝缘体。

“如果你选择你的材料并以合适的厚度得到它们,那么它会产生这种能量水平,因为电子看到没有阻力,”Belkadi说。“他们只是走过缩放。”

并且您可以放大速度越快,您可以收获的功率大量。

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25万个蝴蝶结形状的整流天线组成的网络。这些设备只能捕获不到1%的热量。

所示的能量效率低,展示了0.5 nW / m2的功率,但目标是达到1 mw / m2。

“如果我们使用不同的材料或改变我们的绝缘体,那么我们可能会做得更深,”她说。“阱越深,通过的电子就越多。”

在简短的采访中yabovip16.com下面,贝卡迪解释了提高能源效率的计划,并设想新的能源收获思想,如到处都是太阳能电池。

yabovip16.com技术简报:你的天线是什么样的?

Amina belkadi.:这里的主要组件是天线和高速二极管。我们的小组专门制作那些快速的二极管。

二极管位于Bowtie天线的进料点,然后导致测量信号。

因为我们正在寻找热量作为我们的来源,所以我们正在处理的频率都在太赫兹。这意味着我们的天线和二极管大小需要非常小,因此我们处理量子物理学而不是常规物理法,Quantum Mechanics规则更难跟随和调整。量子在量子里没有那么简单。

Cu博尔德开发的intenna的组件。(图片信用:Belkadi)

yabovip16.com:鉴于组件的小尺寸,您有哪些其他设计挑战?

Amina belkadi.:另一个尺寸挑战来自制造。我们的二极管需要极薄的绝缘体:小于1纳米。制造技术限制了你能可靠地做到多薄。一种材料需要数年的时间才能达到理想的沉积条件。对于这些二极管,主要的研究方法通常是材料研究。所以你可以想象转换材料并试图调整它们来制造极薄的层是多么困难。我们面临的挑战和问题是:“当你走那么薄的时候,电影是连续的吗?”是重复的吗?”

yabovip16.com:您可以在您的演示中捕捉多少能量?在我们在现实世界应用中考虑这种技术之前,需要多少能量,并且这种捕获有多可能?

Amina belkadi.:我们初步概念证明演示生成0.5 NW / M2或功率。与我们需要称之为技术有效的东西相比,这是一个非常少量的数字。目标至少为1 mw / m2。到达将需要更好的二极管(现在至少1000倍的整流效率,在其上是何处)和对系统的其他改进,例如补偿结构以提高耦合效率。谐振隧道已经证明,这是可能的,但前方仍有重要的工作。

yabovip16.com:你能带我来通过一个特定的令人兴奋的应用程序,你想象的是,用余火收集余热并将其转化为电力?

Amina belkadi.:我很乐意看到一个被整个地方与太阳能电池相结合的预矩,以便太阳能电池在阳光下的一天中可以收获能量,直线可以在夜间收获从地球辐射的热量。任何热源都是indenna的理想位置!当您使用红外线摄像头从外部空间看地球时,您注意到我们产生的热量是多少 - 直线可以产生能量,并在晚上减少电池的使用。

yabovip16.com:我有点麻烦了解“鬼魂”的物理学。什么激励你试试这种机制?

Amina belkadi.当你进入非常小的维度时,量子物理就起作用了。你可以把金属-绝缘体-金属(MIM)二极管中的绝缘体想象成厚壁。电子试图穿过这些壁,它们在特定的能级上以一定的概率成功。共振隧穿所做的是,它允许一定能级的电子,以100%的概率通过这些壁。这意味着它们不会失去任何能量,也不会遇到阻力——因此,就有了鬼魂的类比。

您可以在具有不同概率的多种能量的定期场景中思考电子。谐振隧道在特定的单一能级提供电子,能够进入100%的传输概率。这是二极管电阻的降低。

yabovip16.com:整流天线目前在哪里使用?在我们将整流天线作为可再生能源的主流应用之前,需要发生什么?

Amina belkadi.:在我们可以将终端作为能量收集设备之前,我们需要100x-1000x的二极管整流效率提高。共振隧道将100-1000x更近的目标,但不太在那里。也许有两个或三个共振的隧道能级会做这个技巧,除了这是一项非常艰巨的任务。它需要在材料科学中进行重大研究,以便在太赫兹频率下学习和理解某些薄膜的行为。也许我们还没有想到的其他一些隧道机制,或者也许是影响的组合。

yabovip16.com:你接下来会努力什么?

Amina belkadi.:我目前正在研究我博士学位的几篇论文:1)使用一系列MIM-二极管预线和2)用于太赫兹二极管和天线的补偿结构的废热收集。

yabovip16.com:您的技术/方法如何与现有的预终端能源技术不同(就像这张来自乔治亚理工学院的照片

Amina belkadi.:这是一个很好的视频。Cola教授访问了我们的实验室,我们对REDENNA有很大的讨论。对于一个,我们不处理相同的频率范围。我们的应用是浪费的热量,峰值为10.6 um(30 ZHz)。格鲁吉亚科技直线正在试图收集收集的光线,频率范围为500 nm(当他们在我们的实验室在我们的Laser和频率测试他们的实验室时,他们的直线没有回应。)。

另一个主要区别在于我们使用MIM二极管,而其inteNNA使用碳纳米管。我们的indenna配置年龄较大,美国的创新依赖于MIM二极管更有效的工程。可乐和团队提出了一种终端,可以捕获碳纳米管中的辐射并在尖端(其第一个)纠正它。我们对该技术非常兴奋,希望其他人能够挑选它并进一步研究它可以去哪里。

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