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          量子阱可作能量收集器 計算機廢熱轉(zhuǎn)化成電能

          量子阱可作能量收集器 計算機廢熱轉(zhuǎn)化成電能

          2013-11-04 15:40:21

            據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道,一個由瑞士、西班牙和美國科學(xué)家組成的研究小組開發(fā)出一種以量子阱為基礎(chǔ)的熱電能量收集器,可以從環(huán)境中收集熱量轉(zhuǎn)化為電能,在為小型電子設(shè)備供電方面有很大潛力。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《新物理學(xué)雜志》上。

            目前,開發(fā)熱電能量收集器的最大挑戰(zhàn)是怎樣造出既高能又高效的系統(tǒng)。科學(xué)家在不斷實驗和改進制造熱電能量收集器的材料,其中之一是量子點,一種具有半導(dǎo)體性質(zhì)的納米晶體。量子點有著清晰的能級,所以是極佳的能量過濾器,對熱電設(shè)備來說也是一種重要的性質(zhì)。量子阱是由兩種不同半導(dǎo)體材料相間排列,具有明顯量子限制效應(yīng)的電子或空穴的勢阱,其結(jié)構(gòu)和能量過濾機制都與量子點完全不同。

            “我們證明了量子阱可以用作高能高效的能量收集器,”論文合著者、瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)物理學(xué)家玻喬恩·索斯曼說,“與以往提出的量子點方案相比,現(xiàn)在的量子阱更容易制造,而且可能在室溫下操作。”

            研究人員設(shè)計的熱電能量收集器,以共振隧道量子阱為基礎(chǔ),由一個中心空腔通過量子阱與兩個儲電池相連而構(gòu)成。中心空腔的溫度保持著比兩個儲電池更高,量子阱作為過濾器,允許一定能級的電子通過??傮w上,中心空腔和儲電池之間溫差越大,電流和輸出功率也就越大。

            據(jù)分析,該量子阱能量收集器在溫差為1K(開氏度)時,輸出功率約為0.18瓦/平方厘米,幾乎是量子點能量收集器的兩倍。這是因為量子阱的自由度極高,所以比量子點能傳輸更大的電流。但在能量收集效率上,量子阱卻不及量子點。研究人員解釋說,這是因為二者對能量的過濾不同:量子阱能傳遞能量高于一定能級的任何電子,而量子點選擇性更高,只能讓某一特殊能級的電子通過,所以量子阱的能量過濾效率更低些。

            但在應(yīng)用方面,量子阱能量收集器卻有著廣闊的前景。首先,用量子阱制造能量收集器比用量子點更容易;其次,量子點要屬性一致才能良好發(fā)揮作用,量子阱卻不必如此;此外,量子阱還能在室溫下操作,因而用途更廣。索斯曼說:“比如,可以用這種能量收集器把計算機芯片電路中產(chǎn)生的廢熱收集起來,再轉(zhuǎn)化成電能,這樣既能節(jié)約用電,又能降低芯片制冷能耗。”

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