犹他大学的一名机械工程师发现了一个围绕物理原理的“漏洞”,它允许设备将浪费的热量转化为电能。纳米技术通过将两个表面几乎 接触来从物体上收集热量。在未来,这种设置不仅可以降低笔记本电脑和智能手机等移动设备的温度,还可以将热量传递到更长的电池续航时间stylechina.com。
这种被称为“近场辐射传热装置”的装置由犹他大学机械工程副教授Mathieu Francoeur详细阐述。为了收获热量,这种装置超过了所谓的黑体极限。
黑体是吸收撞击它的所有电磁辐射(即光)的物体。然而,为了保持热平衡,黑体也必须以与吸收它相同的速率发射辐射。出于这个原因,黑色的身体也散发出良好的气味 - 这就是为什么炉子必须是黑色的。
理论上的黑体极限告诉我们可以从物体发出的最大热量。然而,当物体之间的间距足够小时,已知该天花板完全没有限制。
Francoeur及其同事设计了一种5mm×5mm的芯片,它不比橡皮头大,由两个硅片制成,间隔的纳米间隙仅为100纳米厚 - 这是人类头发厚度的千分之一。
“没有人可以发出比黑体限制更多的辐射,”他说。“但是当我们进入纳米尺度时,你可以。”
将芯片置于真空中。研究人员然后加热芯片的一侧,将另一侧冷却,由微小的间隙隔开,形成可以转换成电能的热通量。以这种方式发电并不新颖,但是新研究发明的地方在于它证明了两个硅表面的接近程度足以达到这种效果,而不会相互接触。两个表面彼此越靠近,就可以产生更多的电力。
每年美国消耗的能源中约有三分之二因热量而消耗殆尽。Francoeur设想将来会推出一款可以降低笔记本电脑和智能手机功能的芯片,同时还可以为电池提供额外的电力。他估计使用这种技术可以将电池寿命提高50%。例如,一台6小时充电的笔记本电脑可以持续9个小时。黑体芯片还可用于提高太阳能电池板或汽车的效率,以将来自发动机的热量转换为电力系统的供电。
“你把热量作为电力回到系统中,”他说。“现在,我们只是把它倾倒在大气中。例如,它正在加热你的房间,然后你用你的AC冷却你的房间,这浪费了更多的能量。“
该研究结果发表在Nature Nanotechnology杂志 上。