Новая диодная антенна собирает свободную инфракрасную энергию

Экология потребления. Наука и техника: Разработано устройство, которое может использовать инфракрасную энергию и отработанное тепло от промышленных процессов, превращая высокочастотные волны в полезное электричество.

Большинство солнечных лучей, попадающих на Землю, поглощается ее сушей, океанами и атмосферой. В результате этого нагрева инфракрасное излучение постоянно излучается вокруг нас с интенсивностью в миллион гигаватт за секунду. 

Команда из Научно-технического университета им. короля Абдуллы (KAUST), расположенного в Саудовской Аравии,  разработала устройство, которое может использовать эту энергию, а также отработанное тепло от промышленных процессов, превращая высокочастотные волны в полезное электричество.

В отличие от солнечных панелей, использование которых ограничено продолжительностью светового дня и зависит от капризов погоды, инфракрасное (тепловое) излучение самого Солнца, атмосферы, океанов и поверхности Земли доступно круглые сутки.

С помощью особым образом сконструированных антенн эти электромагнитные волны можно улавливать и направлять в выпрямитель, где переменные сигналы будут преобразовываться в постоянный ток.

Реализация этой идеи на практике сталкивается с несколькими серьёзными затруднениями.

Во-первых, ИК-излучение имеет очень малую длину волн, соответственно, приёмные антенны для них должны иметь микро- и нанометровые габариты, что делает их изготовление и тестирование неординарной задачей.

Во-вторых, частота тепловых колебаний превышает возможности типичных полупроводников. "В мире не существует коммерческого диода, способного работать на столь высокой частоте", — отмечает Атиф Шамим (Atif Shamim), руководитель проекта из Научно-технического университета им. короля Абдуллы (KAUST).

В созданной ими модели преобразователя теплового излучения группа Шамима использовала диоды типа "металл-изолятор-металл" (Metal-Insulator-Metal, MIM), которые выпрямляют высокочастотные сигналы, туннелируя электроны сквозь барьер. Нанометровая толщина барьера обеспечивает такому устройству высокое быстродействие — порядка нескольких фемтосекунд.

Сигналы для этого выпрямителя генерирует наноантенна уникальной конструкции: в ней тонкая плёнка диэлектрика запрессована между двумя слегка выступающими металлическими контактами.

Благодаря подбору металлов с различной рабочей функцией новый MIM-диод может улавливать ИК-волны в пассивном режиме - без приложения внешнего электрического напряжения. Антенный "сэндвич" успешно продемонстрировал в испытаниях способность собирать тепловую энергию.

Обнаруженная зависимость выходного напряжения от поляризации падающего ИК-излучения свидетельствует, что такая антенна улавливает именно энергию, переносимую радиационным способом, а не другими механизмами теплопередачи.

"Это лишь начало, проверка концепции, — пишет Шамим. — Подключение миллионов таких устройств сможет внести вклад в увеличение общего производства электроэнергии".  опубликовано econet.ru  Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet