未來電能隨便用？科學家想出新方法從地球熱量中獲取電能

能源不夠用？近日，科學家解鎖獲取電能新技能！你可能真的想不到，這電能是從地球熱量中獲取的。籠統地說就是科學家發現了一種新手段，可以將多餘的紅外輻射和廢熱轉化為人類能夠使用的電能！

在說這個新手段之前，我們先說說這些多餘的紅外輻射和廢熱是哪來的呢？其實，地球上有很多能量都被浪費了。絕大部分照射地球的陽光被地表、海洋和大氣所吸收。

這些被吸收的熱量使得萬物都在變暖，然而變暖的萬物也會帶來紅外輻射的不斷泄漏。據估計，這些浪費的能量每秒鐘可達數百萬千兆瓦。

可把這些浪費的能量變成為人類所用的電能可是不容易的，主要是因為這些紅外波長實在太短了，很難捕捉到並加以利用。沙烏地阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的首席研究員 Atif Shamim 表示：「世界上所有的商用二極體都不能以如此高的頻率工作」。

這個難題要怎麼解決呢？是時候來解密我們開頭說的新手段了。為了解決這個困境，科學家們想到了利用量子隧穿效應，設計出一種特殊的小型納米天線，而這種神奇的天線可以通過高頻電磁波檢測廢熱或紅外線熱量，將這些數十億分之一秒的波形信號轉換成直接的電能。

量子隧穿效應是什麼？文科生表示不懂啊......別急，TechPunk 為你做詳細解釋。

隧穿效應，又稱勢壘貫穿。按照經典理論，一個球如果它的動能小於一個山坡的勢能，那麼球是不可能翻過山坡的。

但依量子力學觀點，無論粒子能量是否高於勢壘（山坡的勢能），都不能肯定粒子是否能越過勢壘，只能說出粒子越過勢壘概率的大小。它取決於勢壘高度、寬度及粒子本身的能量。

能量高於勢壘的、運動方向適宜的未必一定反應，只能說穿透概率較大。而能量低於勢壘的仍有一定概率實現反應，即可能有一部分粒子穿越勢壘，好像從大山隧道通過一般。這就是隧道效應。

簡單點說其概念可理解為，粒子能夠在不具備足夠能量的情況下，通過一個障礙。一個最形象的動畫：

GIF

不過，這該如何應用到納米天線的建設上呢？科學家讓電子通過一個小的屏障，通過像金屬-絕緣體-金屬（MIM）二極體這樣的隧穿器件，將紅外波轉換成電流。

科學家們創造出了一種新的領結形納米天線，將絕緣體薄膜夾在由金和鈦製成的兩個稍微重疊的金屬臂之間，從而構成了能夠產生隧穿效應所需強電場的器件。

作為研究人員之一的Gaurav Jayaswal介紹：「最具挑戰性的地方在於兩個天線臂的納米級重疊，這需要非常精確的對準。儘管如此，在技術和高精尖設備的支持下，我們完成了這一步」。

新製造的 MIM 二極體能夠在零電壓下成功捕獲紅外輻射，需要時啟用即可。未來如果能真正投入使用，那將成為能源生產領域的重要變革。

跟傳統的太陽能電池板相比，這個新手段相當於一個加足馬力的能源收割機，它不僅可以捕捉利用大量的地球多餘紅外輻射，還有一點巨大優勢，就是與太陽能發電廠不同，無論天氣如何，這些能源收割機都可以全天候運行。

前景是很美好的，不過目前技術還未成熟，很多技術難題等待解決，就比如如何提高天線的能源效率。不過，相信在不久的將來，這些難題都會迎刃而解！

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