將電能轉為熱能很容易，比如吹風機、烤面包機，但要將熱能轉為電能就沒那么簡單，美國桑迪亞國家實驗室（SNL）科學家最近開發(fā)出一種基于硅的裝置，能有效把廢熱轉化為直流電。團隊預估，5年內新技術或許可以成為放射性同位素熱電機的良好替代品。

我們已經(jīng)有能應用在市場上的熱電發(fā)電機，但其使用仍受限于材料成本及技術復雜性考量，科學家因此不斷在嘗試開發(fā)各種新的熱電設備，比如一個加州大學團隊結合鎳-鐵坡莫合金（nickel-iron Permalloy）與硅的熱電裝置，可以整合至電腦芯片中；加州大學伯克利分校團隊則開發(fā)出收集廢熱并轉化成電力的納米材質薄膜等。

有一種放射性同位素熱電機（radioisotope thermoelectric generators，RTGs），是利用放射性衰變獲得能量的發(fā)電機，以熱電偶陣列（應用了塞貝克效應）接收合適放射性物質，在衰變時所放出熱量再將其轉成電能，常見用于人造衛(wèi)星、太空探測器與無人遙控設備等，比如美國太空總署（NASA）的火星探測車「好奇號」，就是采用放射性同位素熱電機能源系統(tǒng)，將鈽-238 在自然衰變過程中釋放出來的熱轉換成電力。

最近，美國桑迪亞國家實驗室物理學家Paul Davids團隊也開發(fā)出從廢熱回收能量的新方法，他們的技術為緊湊型紅外電源供應（compact infrared power supply），將鋁、硅、二氧化硅（玻璃）等豐富材料以非常罕見的方式結合而成，或許有機會取代放射性同位素熱電機。

新裝置比小拇指指甲還要小片，長寬各約0.3公分，厚度只有美國10美分硬幣的一半，帶有金屬光澤。裝置頂部為刻有條紋的鋁材料，寬度比人的頭發(fā)還要小20倍，就是這小到人眼看不到的圖案，可以成為捕捉紅外輻射的天線。

在鋁和底部硅中間為非常薄的二氧化硅層，厚度大約20個硅原子，或者說比人類頭發(fā)薄16000倍，經(jīng)過蝕刻的鋁天線會將紅外輻射引導至該薄層中，被二氧化硅捕獲的紅外輻射產(chǎn)生極快電振蕩，每秒約50兆次，以一種不對稱運動在鋁和硅之間來回推動電子，該過程稱為整流，可產(chǎn)生直流電。

團隊將這種固體裝置命為紅外校正天線（infrared rectenna），不必直接接觸熱源導致熱應力（thermal stress）產(chǎn)生，采用與集成電路（integrated circuit）業(yè)相同的制造流程，只要技術成熟了，隨時可以進一步商業(yè)化。

目前，裝置功率在紅外線加熱燈的照射下為8 nW/cm^2，團隊還有許多改進想法，希望增加每單位面積的功率輸出，比如在更薄的硅芯片上制作紅外校正天線，以最大減少因電阻引起的功率損耗。

雖然打造新裝置也不是那么容易，團隊自認最大挑戰(zhàn)之一是在硅中摻雜少量其他元素以反射紅外光，但Paul Davids相信，5年內，紅外校正天線就可能成為RTG的良好替代品。新研究發(fā)表于《Physical Review Applied》期刊