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來源: EurekAlert!

在當今科技推動社會發展的時代，科技為許多問題提供解決的方法，而能源不僅對於社會發展十分關鍵，它更是人類賴以生存的必需。太陽是一個豐富而又取之不盡的能源，如今世界的科學家們都在競相研究如何從太陽中獲取潔凈能量的方法，或在找尋如何將太陽能轉換為其他能源的途徑。

本周在美國物理聯合會出版的《應用物理快報》中，來自加拿大滑鐵盧大學(University of Waterloo)的研究者們報導了一種從電磁波中獲取能量的新方法，基於「全吸收概念」。研究者們用超材料製造了一種既不會反射也不會傳遞能量的介質–它能全部吸收某頻率範圍內和偏振狀態下的入射光波。

「當前全球對電能日益增長的需求是推動我們做這項研究的主要原因，」博士生Thamer Almoneef說。「當今我們所用的超過80%的能量都來自燃燒化石燃料，這不僅會對環境造成污染，也不利於可持續發展。我們課題組研究如何提高電磁能收穫系統的效率，希望有助於解決能源危機。」

自人們從電磁波中收集能量開始，經典偶極貼片天線就一直在被使用。「如今我們的技術引入了『超構表面』，它是一種比傳統天線有效得多的能量收集器，」電子與計算機工程系教授Omar M. Ramahi說。

超構表面是由在材料表面蝕刻周期性精簡圖案而形成。這些圖案特有的尺寸和彼此相鄰的特點可用來調諧，提供近100%的能量吸收。所收集的能量經過連接超構表面和地面平板的導體被導入負載。

這項研究的主要意義在於首次證實了人們有可能收集到達地面的全部電磁能。

「傳統天線能將電磁能導入負載–但能量的吸收效率卻很低，」Ramahi說。「我們的方法也可將吸收的電磁能導入負載，但不會像以前的方法那樣使能量耗散在材料上。」

可以想像，這項技術會有廣闊的應用前景。其中最重要的是空間太陽能發電，這是一項剛剛興起的能夠顯著解決能源危機的技術。該技術使用光伏太陽能板將太陽能轉換為微波，再將微波能量發射到地面指定的能量收集場。日本在該領域已經遙遙領先，並計劃於2030年開始從宇宙空間收集太陽能。

「我們的技術對於電磁能的吸收率明顯高於傳統天線，」Ramahi說。「因此可以大幅度地減少收集能量所需的表面積。對於能量吸收來說，房屋是一種寶貴的商品–無論是風能，水能，太陽能或電磁能。」

該技術其他的主要應用還包括「無線能量轉移–可直接應用於諸如RFID能量遙控器和標籤，甚至是一般的遙控器，」Ramahi強調說。

該技術也可被延伸至紅外至可見光波段。「我們已經在紅外波段展開了研究，希望能儘快報導這些高頻波段的全吸收情況。」

關鍵詞: 太陽