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可提高光整流天線的效率和穩(wěn)定性的新研究 最終，研究人員相信他們的設備設計，即碳納米管天線和二極管整流器的組合，可以與傳統(tǒng)的光伏技術相競爭，用以產(chǎn)生來自陽光和其他能源的電能。用于整流天線相同的技術也可以直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能。 “這項研究實現(xiàn)了一個巨大的飛躍，包括光學整流裝置的基本認識和實踐效率，” Baratunde Cola，他是喬治亞理工學院的喬治伍德拉夫機械工程學院副教授�！伴_辟這方面的技術，更多的研究者能與我們聯(lián)手推進光學整流技術幫助電源的應用范圍，包括空間飛行。”  上圖所示為美國國家科學基金會的研究生研究員Erik Anderson正在測試一個新的高效率的整流天線的設計實現(xiàn)電藍色光轉(zhuǎn)換。圖片來源：佐治亞理工學院 這項研究發(fā)表在近期的《Advanced Electronic Materials》雜志上。這項工作得到了美國陸軍研究辦公室下屬的青年研究計劃和美國國家科學基金會的支持。 光學整流天線通過耦合光的電磁場的天線，在這種情況下，多壁碳納米管陣列的兩端已打開。電磁場在天線中產(chǎn)生振蕩，產(chǎn)生電子的交變流動。當電子流到達天線一端的峰值時，二極管關閉，捕獲電子，然后重新打開以捕獲下一個振蕩，產(chǎn)生電流。 開關必須是太赫茲頻率匹配的光。天線和二極管之間的連接必須提供最小的電阻，以使電子在打開的同時流過，但在閉合時防止泄漏。 “設計的初衷是最大限度地增加電子在碳納米管中的激發(fā)，然后有一個開關，足夠快，以捕捉他的峰值期，” Cola解釋說�！澳闱袚Q的速度越快，你就可以在振蕩的一側捕捉到更多的電子�！� 為了提供低的功函數(shù)，方便電子流動，研究人員最初使用鈣作為氧化物絕緣體中的金屬-金屬二極管結。但是鈣會迅速分解在空氣中，這種設備必須被封裝在箱體中且操作過程中要使用手套。使光學整流天線在大多數(shù)應用中的制備變得困難。 所以研究生研究員Erik Anderson 和研究工程師Thomas Bougher用鋁取代鈣，并在確定在一種由氧化鋁(Al2O3)和鉿(HfO2)組成的雙層沉淀材料之前嘗試了多種氧化物材料。碳納米管結的復合涂層是通過原子沉積過程產(chǎn)生的，它提供的是量子力學的電子隧穿特性，需要通過氧化物電子特性來代替金屬，這使得具有比鈣更高的工作功能的空氣穩(wěn)定金屬。 整流天線的制作新的組合可以穩(wěn)定保持穩(wěn)定長達一年。Cola還補充說其他金屬氧化物也可以使用。  佐治亞理工學院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的效率更高的整流天線的設計。在這里，該裝置的能力，圖中正在把藍光轉(zhuǎn)換成電流 研究人員還設計了電子隧穿過程中落下的坡度。這也有助于提高設備效率，并允許使用各種氧化物材料。新的設計也增加了二極管的不對稱性，從而提高了效率。 “通過使用氧化物電子親和力，我們能夠增加不對稱超過十倍，使這個二極管設計更具吸引力，”Cola說�！斑@就是我們在這個新版本的設備中獲得效率的真正原因�！� 光學整流天線理論上可以與光伏材料將太陽光轉(zhuǎn)換成電能的競爭。光伏材料使用不同的原理，即光子從某些材料的原子中發(fā)射電子。電子被收集成電流。 早在2015年Cola 和Bougher就曾在《Nature Nanotechnology》雜志上進行報道了第一個光學整流設備，那時候這種理論已經(jīng)提出40多年，但從來沒有證明過。 早期版本的雜志中報道產(chǎn)生的電能很微弱�，F(xiàn)在生產(chǎn)的電力整流在毫伏范圍和轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從10-5提高到10-3但仍然是很低的。 |
