Команда исследователей из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) разработала устройство, которое использует инфракрасное излучение для выработки электроэнергии. Устройство выполнит генерацию путем перевода триллионных долей сигналов второй волны в полезное электричество. Исследователи говорят, что инфракрасное тепло можно использовать 24 часа в сутки. Остаточное или инфракрасное тепло можно рассматривать как высокочастотные электромагнитные волны для достижения цели. Антенны предназначены для сбора волн и отправляются на выпрямитель. Выпрямитель обычно представляет собой полупроводниковый диод, который преобразует переменные сигналы в электрический ток.
Поскольку инфракрасные излучения имеют очень малую длину волны, исследователи команды KAUST сказали, что реализовать эти конструкции ректенны на практике было очень сложно. Для инфракрасного излучения также требуются микро- или наноразмерные антенны, которые также сложно изготовить и испытать. Инфракрасные волны колеблются быстрее, чем типичный полупроводник, и могут перемещать электроны через свое соединение. Руководитель проекта Атиф Шамим сказал: «В мире нет коммерческих диодов, которые могли бы работать с такой высокой частотой. Вот почему мы прибегаем к квантовому туннелю ».
Создание энергии из возобновляемых источников является очень хорошей альтернативой для производства чистой и устойчивой энергии. Обычная фотоэлектрическая технология собирает энергию только из видимого диапазона спектра и оставляет инфракрасный диапазон полностью незанятым. 80 процентов радиации, которая исходит от солнца, поглощается атмосферой и поверхностью Земли. Те же самые волны снова испускаются как среднее инфракрасное излучение. ИК также излучается из других источников, таких как нагрев металла, нагрев жидкости, образование пара, термообработка и агломерация. Температура для этих процессов варьируется от 250 К до 1500 К, и соответствующие длины волн также варьируются в среднем инфракрасном диапазоне.
Туннельные устройства, такие как металлоизолирующие металлические диоды (MIM), преобразуют инфракрасные волны в ток, перемещая электроны через небольшую стенку. MIM-диоды могут обрабатывать высокочастотные сигналы порядка фемтосекунд, поскольку этот барьер имеет толщину всего один нанометр. Исследователи использовали нано-антенну в форме бабочки, которая удерживала изолирующую пленку между двумя металлическими плечами, которые пересекались друг с другом, создавая поле, необходимое для создания туннелей. Гаурав Джаясвал (Gaurav Jayaswal), исследователь, работающий в докторантуре, сказал: «Самая сложная часть – это перекрытие наноразмеров двух антенных плеч, которое требует очень точного выравнивания. Однако, сочетая умные приемы с передовыми инструментами на предприятиях по производству наноструктур KAUST, мы достигли этого шага ».
Диод MIM может захватывать инфракрасные волны с нулевым приложенным напряжением. Это делается путем выбора металлов с различными рабочими функциями. Это пассивная функция, которая включает устройство при необходимости. Бабочка была в состоянии собирать энергию от радиации. Никакие тепловые эффекты не использовались для сбора энергии. Инфракрасные эксперименты смогли продемонстрировать результаты. Исследователи также сказали, что это только начало доказательства концепции. Таких устройств может быть миллионы, которые можно использовать для увеличения выработки электроэнергии и борьбы с общим дефицитом электроэнергии.
