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美国研发耐上千摄氏度高温的光子晶体

发布时间:2019-10-12 22:48:54

据美国物理学家组织网近日报道,美国麻省理工学院(MIT)的一个研究小组找到了一种采用金属钨或钽制造出可耐受1200摄氏度高温的光子晶体途径。这种材料可广泛应用于智能手机、红外线化学探测器和传感器、深度探索太空的宇宙飞船等供电装置。相关论文刊登在最新一期的《美国国家科学院院刊》上。

光子晶体指能对光作出反应的特殊晶格,可影响光子运动的规则光学结构,类似于半导体晶体对于电子行为的影响。其晶格尺寸与光波的波长相当,是不同折射率的电介质材料在空间呈周期性排列构成的晶体结构。

MIT军用纳米技术研究所工程师赛拉诺维奇表示,几乎完全可以采用标准的微细加工技术和现有设备将这种新型耐高温、二维光子晶体制造成计算机芯片。与早期制造的高温光子晶体的方法相比,采用新方法制造出的材料具有“更高性能、简单操作、坚固耐用”等特点,适合低成本的大规模生产。

美国国家航空航天局也对这种材料很感兴趣,因为它具有为深度探索太空提供永续动力的潜力。完成这样的任务通常利用少量的放射性物质的能量,采用放射性同位素热电源(RTG)。例如,计划在今年夏天抵达火星的“好奇”号探测器使用的就是RTG系统,可以连续不间断作业多年,而不像太阳能供电站,到了冬天就会出现发电不足的情况。

这种耐高温光子晶体应用前景十分广阔,可用于太阳能光热转换或太阳能光化学转换装置、放射性同位素的供电设备、氮氢化合物发电机或工业领域电厂余热回收的配套设施等。但制造这种材料还存在许多障碍,高温会导致晶体蒸发、扩散、腐蚀、开裂、熔化或快速化学反应。为了克服这些挑战,MIT的研究小组正在对高纯度的钨在结构上进行专门精密的几何设计,以避免材料在被加热时损坏。

该材料还可以取代电池,为便携式电子设备有效供电,采用丁烷作燃料运行热光生电机产生能量,作业时间比电池长10倍。

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