http://www.physorg.com/news137648388.html
August 11, 2008
研究者設計出一種廉價的方法來製造塑膠薄片，上面包含數十億根奈米天線（nanoantennas），能收集由太陽或其他來源所產生的熱能。這項技術在美國能源部 Idaho National Laboratory（INL）開發，是達成太陽能收集器（譯註：論文詳見 http://www.inl.gov/pdfs/nantenna.pdf）的第一步，那能夠在有彈性的材料上大量生產。雖然將能量轉換成有用的電力仍待開發，但這種薄片有朝一日能當成一種輕量的「外殼（skins）」來製造，以比傳統太陽電池還要高的效率，為混合車到 iPods 的每樣東西提供動力，研究者表示，他們在 8/13 當天於美國機械工程協會在佛州 Jacksonville 所舉辦的 2008 年第二次能源永續性國際研討會上報告他們的發現。這種奈米天線也有潛力作為一種冷卻裝置，能夠從建築物或電子裝置中將廢熱吸出而無須使用電力。
這種奈米天線以中紅外線光（mid-infrared rays）為目標，當地球吸收了來自太陽的能量一整天後，它會不斷的以熱輻射出來。相較下，傳統的太陽能電池只能利用可見光，在黑暗中它們只得閒置下來。紅外線輻射是一種格外豐富的能量來源，因為它也會由工業製程所產生，例如燃煤發電廠。
INL 物理學家 Steven Novack 表示，工業界中的每個步驟都會創造廢熱，這些能量我們只是扔掉。Novack 領導這個研究團隊，那包括 INL 工程師 Dale Kotter、MicroContinuum, Inc. 的 W. Dennis Slafer，以及 Patrick Pinhero，現位於 Missouri 大學。
奈米天線是微小的正方形螺旋狀黃金，被安置在一個經過特別處理的聚乙烯（PE，一種用於塑膠袋的材料）形態中。雖然他人已成功發明天線，那從電磁頻譜的低頻區域，例如微波，收集能量，但紅外線光已被證明更難以捉摸。部份原因是，材料的特性在高頻波長時會大大地改變，Kotter 說。
研究者們研究了各種材料 -- 包括金、錳、銅 -- 在紅外線光之下的表現，並利用所產生的資料建構奈米天線的電腦模型。他們發現，在正確的材料、形狀與大小下，受激的奈米天線能夠在紅外線波長中收穫高達 92% 的能量。
該團隊接著創造真實的原型以測試他們的電腦模型。首先，他們使用傳統的製造方法以奈米天線圖案來蝕刻矽晶圓。基於矽的奈米天線與電腦模擬相符，在預期中的波長中吸收超過 80% 的能量。接著，他們使用壓印與重複（ stamp-and-repeat）的製程使奈米天線凸出（emboss）在塑膠薄片上。雖然塑膠原型仍在接受測試，初步實驗指出，它也能在期待的紅外線波長中捕捉能量。
奈米天線吸收紅外線輻射的能力使得它們有希望能成為冷卻裝置。因為物體以紅外光的方式發散熱，這些奈米天線能收集這些光線，並且以無害的波長重新散發能量。這樣的系統能冷卻建築物與電腦，而不需要空調或風扇所需之外部動力來源。
但是在奈米天線能將它們的能量轉換成電流之前，仍需要更多技術上的進展。紅外線光能在奈米天線中創造出交流電，那每秒振動數兆次，需要一種稱為整流器的元件將交流電轉換成直流電。今日的整流器無法處理如此高的頻率。"我們需要設計奈米整流器（nanorectifiers）那能與我們的奈米天線相配，" Kotter 表示，提到奈米尺度的整流器將需要比當前的商業化裝置小 1,000 倍，而且將需要新的製造方法。其他可能性是開發電子迴路，那也許能將電流減緩到可用的頻率。
如果這些技術障礙能被克服，奈米天線有潛力成為太陽能電池更便宜、更有效率的替代者。傳統的太陽能電池倚賴化學反應，那至多只能讓它們收集到的 20% 可見光有作用。科學家已開發更複雜的太陽能電池，具有更高的效率，但這些模組太過於昂貴以致於無法廣泛使用。
在另一方面，奈米天線能經過調校，倚靠其形狀與大小獲得特定波長。這種彈性有可能創造出雙面奈米天線薄片，那能夠從太陽光譜中的不同部份收穫能量，Novack 說。該團隊的壓印與重複製程也能夠拓展到大規模的輥與輥製造技術，那能以每分鐘數碼的速率印出陣列。這種薄片有可能覆蓋建築物的屋頂，或構成消費性電子產品，如手機、iPods，的「外殼」，提供連續不斷的、廉價的再生能源。
※ 奈米整流器或降頻電路或許需要量子化的電路設計。
＊ YouTube - Harvesting the sun's energy with antennas（技術展示）
http://tw.youtube.com/watch?v=9fuofnZM5eE
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