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1、量子物理学家用余热发电亚利桑那大学物理学家们发现了一种新方法，可利用余热发电。利用量子效应，使用一种称作分子热电装置的理论模型，该技术有望提高汽车、电厂、工厂和太阳能电池板的效率。此外，更有效率的热电材料将使臭氧-臭氧层、氯氟烃、氟氟化碳合物都过时。研究小组由查尔斯•斯塔福（Charles Stafford）牵头，他是物理学副教授，研究结果发表在美国化学学会纳米技术（ACS Nano）杂志9月号。“热电装置有可能清洁地直接把热能转化为电能，无需传动部件，”论文第一作者、亚利桑那大学光学学院博士候选人贾斯汀•波格菲尔德（Justin Bergfield）说。“我们在这个领
2、域的同事告诉我们说，他们很有信心，我们在电脑上设计的装置可以制做，它会具有我们在模拟中看到的特性,。”“我们希望，我们设计的这种热电动势大约比别人实验室取得的结果大100倍，”斯塔福说。不同于现有的热转化设备，如冰箱、汽轮机等，波格菲尔德和斯塔福的设备无需机械，也无需臭氧-臭氧层化合物。相反，一个橡胶状聚合物夹在两片用作电极的金属之间就能搞定。汽车和工厂排放管道可以涂上这种材料，不到百万分之一英寸厚，就可以利用这些能量发电，否则这些能量就会作为热量散失。物理学家利用了量子物理学定律，这是发电技术设计中通常没有挖掘的一个领域。对于初级学者来说，量子物理学定律似乎公然违背物质“被设想的”行为方式。
3、该技术的关键在于一条量子定律，物理学家称作波粒二象性：像电子这样的微小物质，其属性既像波又像粒子。从某种意义上说，电子就像一辆红色跑车，”Bergfield说。“那辆赛车既是一辆汽车，也是红色的，就像电子既是一个粒子也是一种波。这两者是同一事物的属性。对我们来说电子只是不如跑车明显而已。”Bergfield和斯塔福发现可能把热转化为电，他们研究了聚苯乙醚（polyphenyl ethers），这些分子同时聚集形成聚合物，一种长链重复单元。每个聚苯乙醚分子的主干都包含一个苯环（benzene rings）链，而这种苯环链是从碳原子制成。该链连接每个分子的结构，作为一种“分子线”， 电子通过这种分
4、子线传播。“我们俩之前都研究过这些分子，也曾考虑使用它们作为一种热电装置，”Bergfield说，“但是我们真的从来没发现什么特别之处，直到在实验室独立研究的本科生米歇尔•索利斯（Michelle Solis）发现，仔细看，这些东西都有一种特殊属性。”利用电脑模拟，Bergfield随后培育“生长”出一片分子森林，分子森林被夹在两个电极之间，并把此阵列暴露于模拟热源。“当你增加每个分子中的苯环数量时，就增加发电量。”Bergfield说。分子可以用热发电的秘密在于其结构：像河水到了一个叉口，分子上的电子流一旦遇到苯环就一分为二，沿每个环臂各有一支电子流。Bergfield设计了苯环
5、电路，其设计方案是，电子在一条路径上被迫绕环行进的距离比在另一条上长。这导致两个电子波在到达苯环彼端重新会合时产生异相性。当电子波相遇时，它们会在一种称为量子干涉的过程中彼此抵消。使电路内产生温差时，电荷流的这种干扰就会导致在两个电极之间形成电势，即电压。波干扰是用于降噪耳机的一种概念：进入的声波遇到装置产生的对抗波，就会消除烦人的噪音。“利用电子的波属性开发一种概念，将它转变成可用的能量，我们第一家，”斯塔福说。“一种非常有效的热电装置，根据我们的设计，可以用一辆汽车的余热为大约200盏100瓦的灯泡供电，”他说。“换句话说，能提高汽车效率25%，这对混合动力汽车而言将是理想的，因为它已经使用了电动机。”