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来源: EurekAlert!

在当今科技推动社会发展的时代，科技为许多问题提供解决的方法，而能源不仅对於社会发展十分关键，它更是人类赖以生存的必需。太阳是一个丰富而又取之不尽的能源，如今世界的科学家们都在竞相研究如何从太阳中获取洁净能量的方法，或在找寻如何将太阳能转换为其他能源的途径。

本周在美国物理联合会出版的《应用物理快报》中，来自加拿大滑铁卢大学(University of Waterloo)的研究者们报导了一种从电磁波中获取能量的新方法，基於「全吸收概念」。研究者们用超材料制造了一种既不会反射也不会传递能量的介质–它能全部吸收某频率范围内和偏振状态下的入射光波。

「当前全球对电能日益增长的需求是推动我们做这项研究的主要原因，」博士生Thamer Almoneef说。「当今我们所用的超过80%的能量都来自燃烧化石燃料，这不仅会对环境造成污染，也不利於可持续发展。我们课题组研究如何提高电磁能收获系统的效率，希望有助於解决能源危机。」

自人们从电磁波中收集能量开始，经典偶极贴片天线就一直在被使用。「如今我们的技术引入了『超构表面』，它是一种比传统天线有效得多的能量收集器，」电子与计算机工程系教授Omar M. Ramahi说。

超构表面是由在材料表面蚀刻周期性精简图案而形成。这些图案特有的尺寸和彼此相邻的特点可用来调谐，提供近100%的能量吸收。所收集的能量经过连接超构表面和地面平板的导体被导入负载。

这项研究的主要意义在於首次证实了人们有可能收集到达地面的全部电磁能。

「传统天线能将电磁能导入负载–但能量的吸收效率却很低，」Ramahi说。「我们的方法也可将吸收的电磁能导入负载，但不会像以前的方法那样使能量耗散在材料上。」

可以想像，这项技术会有广阔的应用前景。其中最重要的是空间太阳能发电，这是一项刚刚兴起的能够显着解决能源危机的技术。该技术使用光伏太阳能板将太阳能转换为微波，再将微波能量发射到地面指定的能量收集场。日本在该领域已经遥遥领先，并计划於2030年开始从宇宙空间收集太阳能。

「我们的技术对於电磁能的吸收率明显高於传统天线，」Ramahi说。「因此可以大幅度地减少收集能量所需的表面积。对於能量吸收来说，房屋是一种宝贵的商品–无论是风能，水能，太阳能或电磁能。」

该技术其他的主要应用还包括「无线能量转移–可直接应用於诸如RFID能量遥控器和标签，甚至是一般的遥控器，」Ramahi强调说。

该技术也可被延伸至红外至可见光波段。「我们已经在红外波段展开了研究，希望能尽快报导这些高频波段的全吸收情况。」

关键词: 太阳