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热电偶感温线\热电偶余热发热的应用

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  电是能源最理想的传输方式,将余热转换为电能才是终极应用。目前美国爱荷华州国家实验室正在进行这方面的研究。通常这种热电转化需要通过热电偶实现的,热电偶是一种被广泛应用的温度传感器,由两层不同的金属构成,当其中一层比另一层温度高时,两层金属间就会形成电流。但爱荷华州国家实验室的科学家史蒂芬·诺瓦克、戴尔·科特则正在研究一种更加新奇的方法——应用一种由黄金或镍铬合金为材料制成的、被称为“纳米天线”的装置来实现热电转换。现在布雷纳已将这一技术运用在了圣母大学的植物园内。通过4个服务器机柜,植物园温室的温度得到了保证,与之相对应的是,圣母大学每年因此节省了3.8万美元的服务器冷却费用,同时植物园的燃气费支出减少了1.56万美元。布雷纳的创意虽然取得了成功,但与自然界海量的余热相比,植物园的应用规模实在太小。

  若要应用这种超高频电流,需要将纳米天线与整流器配套应用。但目前市面上的整流器只能应付频率为10亿赫兹的电流。不过纳米天线的实际应用也面临着一个难题,即形成的交流电频率过高。美国应用的交流电频率为60赫兹,而纳米天线形成的电流频率则高达3000亿赫兹。

  纳米天线本身采用大规模印压法工艺制成,在略微加热的塑料薄片上压制其基层结构。基层结构成型后,再往压出的凹槽里涂镀金属层。由于只需要涂镀少量的金属,所以最终的产品价格不高,并且具有很好的延展性。物体受热时会散发出红外射线,黄金或镍铬合金中的电子受到这种辐射便会形成振动。电子振动紧接着会形成可被利用的交变电流。虽然单个纳米天线中生成的电流很小,但大量纳米天线组成的阵列就足以形成不小的电量。


  为了解决这个问题,诺瓦克与他的同事正试验在纳米天线中嵌入一个纳米级别的二极管。二极管是一种只允许电流单向流动的元件,经过二极管后,高频的交流电就变成了易于处理的直流电。研究人员希望增加这一元件后能使他们的余热利用技术变得现实可行。

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