硅芯片突破“黑体极限”,从热量中产生的电能超出想象

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犹他大学机械工程副教授Matieu Franois发现了一种通过近场辐射传热装置利用热量产生比想象更多的电力的方法。

节约能源比以往更容易,更重要,但它不仅仅与环境有关。如果我们要成功地创造更小,更好,更高效的技术,那么我们的小工具浪费的热量需要更好地利用。这种新的设备,在理论上的“黑体限制”崩溃的纳米级工作,可能是答案。

黑体限制(由德国物理学家马克斯普朗克于1900年制定)是一种描述可产生热辐射(热量)的最大能量的理论,但当物体变得非常非常接近时,合法分解和从一个物体到另一个物体的热传递增加成倍。

简而言之,物体越近,能量传递越好。但是,保持两个物体尽可能接近始终是一个重大挑战,而不实际接触它们。犹他大学的一个研究小组利用其近场辐射传热装置成功地解决了这个问题。

副教授Matthieu Francois和他的团队创建了一个微芯片(5 x 5 mm),由两个硅晶片组成,具有100纳米的稳定间隙并置于真空中。该团队加热一个晶圆,同时冷却另一个晶圆,产生可用于发电的热流。热流发电的方法本身并不是一项新技术,但研究小组为保持硅晶片之间的微观一致性而开发的方法是。

“没有人可以发出超出黑体极限的辐射,”弗朗索瓦说。 “但是当我们进入纳米尺度时,你可以。”

这个小组看到了很多这种热传递装置的应用。从冷却计算机和移动电话处理器(提高其操作和功能寿命)到将废热转化为电能以延长电池寿命。该芯片还可以用于为物理环境中有自己热源的技术提供动力,例如植入式医疗设备。当然,这种经济技术的经济效益是巨大的。

弗朗索瓦说:“你把热量作为电重新输入系统。”“现在,我们把它扔到大气中。例如,你的房间是加热的,然后你用空调来冷却房间,这会浪费更多的能量。

关于近场辐射换热装置的论文发表在《自然纳米技术》上。