根據美國哥倫比亞大學(Columbia University)工程學院、康乃爾大學(Cornell University)與史丹佛大學(Stanford University)等校組成的研究團隊表示,透過MEMS將兩種不同溫度的物體控制在約40nm的距離而不必讓彼此直接接觸,就能夠實現較以往預測的理論值更強大100倍的熱傳遞能力。

由紅外線傳遞的輻射熱通常比傳導與對流的熱傳遞更小得多。如今,這支由哥倫比亞大學教授Michal Lipson與史丹佛大學教授Shanhui Fan帶領的研究團隊,打造出一套利用兩平行線之間光源傳熱的機械系統。

「在隔離約40nm的微小距離時,我們幾乎達到了較古典預測更強100倍的熱傳遞,」Lipson教授表示,其研究團隊是第一次達到可用於能源應用的性能級,例如用太陽光電(PV)電池將熱能直接轉換為電能。這可經由在PV電池的能隙頻率上輻射熱能而實現。

Lipson教授主導的研究團隊證實,在深次波長範圍內,平行的碳化矽奈米光束之間可實現近場雷射熱傳遞。他研究人員以MEMS致動器控制光束之間的距離,並利用奈米光束在張力之下的機械穩定度使熱挫曲效應減至最低,從而使其即使於較大熱梯度時也能持續控制奈米級的隔離。

![20160411 MEMS NT01P1](//images.contentful.com/15mr7p4rjmth/778zxXsFjOeO8Gy0AQCc84/e1132444323122600e02d6a943992d15/20160411_MEMS_NT01P1.jpg)MEMS可在不同溫度範圍內控制奈米光束之間的距離,實現更強的熱傳遞
(來源:Columbia Engineering)

經由這種方式,該研究團隊將不同溫度的兩種平行物體置於彼此約42nm的距離,即可觀察到物體之間的熱傳遞較傳統黑體輻射原理的預測值更強100倍。在溫差高達260度的範圍內可重覆觀察到這樣的結果。由於轉換效率與冷熱物體之間的熱差異成正比,這一研究能達到如此高溫差的結果極具價值。

該研究的主要作者Raphael St-Gelais表示,利用這種光傳遞控制熱流的能力,將會對於PV電池的發電帶來重要影響。

研究人員們在鄰近PV電池處打造熱導線的奈米網格矩陣,提高了熱能轉換成電能的可能性。這種模組可用汽車引擎中,將耗費的熱量轉變成有用的電能。

編譯:Susan Hong

(參考原文:MEMS Energy Exchange Shows PV Promise,by Peter Clarke)