地球的红外辐射：新可再生能源前沿？

时间：2021-07-29 14:16:14 来源：

哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）的物理学家已经对一种设备进行了概念化，该设备可以从地球的自然红外辐射发射到外太空产生能量。

地球不断向太空发射1亿吉瓦的红外热，足以满足全人类数千倍的电力需求。如果技术能抓住其中的一小部分，人类的能源问题将终结。与寒冷的太空真空相比，地球在太阳的加热下温暖。由于最近的技术进步，SEAS研究人员表示，这种热量失衡很快就会转化为直流（DC）电源，从而可以利用巨大且尚未开发的能源。

哈佛大学的研究人员为他们的“发射能量收集器”设备开发了两种设计，可以将红外辐射转换为可用功率。

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一种设备类似于光伏太阳能电池板，但不是捕获入射的可见光，而是通过释放红外光来产生电能。该机制将由在地球环境温度下的“热”板和朝下的“冷”板下方的空气组成，该板由高发射率材料制成，该材料通过非常有效地向天空辐射热量来冷却。根据俄克拉荷马州拉蒙特市的红外辐射测量结果（作为案例研究），SEAS研究人员计算得出，两块板之间的热量差异可能在白天和黑夜每平方米产生几瓦特。要使“冷”板保持低于环境温度是很困难的，但是该设计说明了可以利用温差发电的一般原理。拟议的第二种设备依赖于纳米级二极管和天线之间的温差，而不是您用手所能感觉到的温度。

哈佛大学SEAS首席研究员，应用物理学教授Robert L. Wallace和电气工程高级研究员Vinton Hayes的费德里科·卡帕索（Federico Capasso）将这一概念描述为“将纳米技术用于全新的应用领域”。谈论的是将纳米级物理用于全新的应用。总体而言，中红外已被忽略了。甚至对于光谱学而言，直到量子级联激光器出现之前，中红外都被认为是非常困难的工作领域。人们简直就是瞎子。

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卡帕索教授作为半导体物理学，光子学和固态电子学方面的专家而享誉世界。卡帕索教授并没有像在象牙塔上的学术出版桂冠上停留，而是在二十年前与他们合作发明了红外量子级联激光器，它是带隙工程领域的先驱，并通过实验科学地证明了一种难以捉摸的量子电动力学现象，称为排斥卡西米尔他曾获得SPIE金奖，欧洲物理学会量子电子和光学奖以及终身成就奖Jan Czochralski奖。

卡帕索教授承认理论与实践之间的差距，并观察到：“起初，如何将自由空间中的红外光向寒冷的地方发射红外光来产生直流电，这一点都不明显。通过发光而不是吸收光来发电，这很奇怪。您一想到它，从物理上讲就有意义，但它与直觉相悖。”

具有技术专心的人可以阅读Steven J. Byrnes，Romain Blanchard和Federico Capasso撰写的SEAS研究结果，“从地球的中红外辐射中获取可再生能源”。

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