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能源问题向来是世界各国关注的焦点,人类社会的发展离不开能源的供给,优质的能源甚至能够促进一个国家经济的快速发展,自第四次工业革命以来,人们开始将开发的重点从传统的不可再生能源逐渐转向清洁能源。例如近些年兴起的:太阳能,风能,核能,地热能等等,尽管新型能源不断被科学家们所开发出来,但仍就无法满足人类对能源日趋增加的需求。

2018年2月8日,根据美国Materials Today Energy(今日材料与能源)杂志的报道。来自沙特阿拉伯的阿普杜拉国王科技大学的物理学家们利用最新研发的技术——量子隧道技术,能够将地热中无法被利用的红外辐射转化为电能并加以存储,据计算全球浪费的红外辐射能源每分钟可以达到上亿千兆瓦。

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我们都知道能源的利用率都是有限的,人类在使用能源时会有大部分因无法完全利用而散失,地热能也是如此。但又因为地热能源中散失的红外辐射的波长太短,以之前的技术物理学家们无法捕捉并利用它们,而这一次量子隧道技术的突破则完美解决了这个问题。说了那么多,到底什么是量子隧道效应呢?

简单的举个例子,如果要将一个球从一座山的一边带到另一边,需要给它大量的能量推上山,才能到达另一边。但在量子物理之中,球可以用更少的能量直接穿过山中的隧道,到达山的另一边,这就是量子隧道效应。那么科学家们是如何利用这项技术来将红外辐射转化为电能的呢?

物理学家们设计了一个极细的天线来捕捉浪费的红外辐射,捕捉到的红外辐射中的电子会通过天线中的metal-insulator-metal(MIM)二极管,然后经过一个由金和钛金属薄膜构成的强电场的微型隧道,便可将这些红外波给转换成电能。在这其中MIM二极管起到了至关重要的作用,它大大提高了利用效率。阿普杜拉国王科技大学的首席研究员 Atif Shamim曾评价:“市面上没有哪个二极管的工作频率能够比得上MIM,这也是量子隧道效应能够加以具体运用的原因。”

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比二次利用浪费的红外辐射更重要的是,这项技术研发的热能转化装置可以无视自然天气的干扰,能够24小时不间断的转化电能,这将为人类提供一个稳定且大量的电能。但令人惋惜的是,这项技术中制作天线的纳米重叠的两个手臂需要非常精确的定位,这使得这项技术的门槛大大提高,全面的普及将会非常困难。但若这项技术能够加以优化的话,全球能源问题将得到有效地解决。