将热能转化为电能的装置

科学家们正在利用超材料开发一种能够以受控频率辐射红外线的装置。他们希望未来该装置能够利用制造过程中产生的多余热量，将其转化为电能。

与可见光类似，红外线也是一种电磁辐射，它携带能量。例如，冶炼铁、钢、金属等的熔炉是高功率热辐射源，通常使用电力来加热熔炉。

然而，由于炉子的效率较低，这些电能大部分都以辐射的形式转化为热能，浪费在了环境中。因此，科学家们想出了一种方法来回收这些浪费的热量，将其转化为电能，并重新用于其他用途。

利用热辐射将其转化为电能的技术称为热光伏技术（TPV），其性质与太阳能类似。

将热能转化为电能的 TPV 装置的结构。

该研究的主要作者威利·J·帕迪拉（Willie J. Padilla）描述了热辐射层的性质：“由于红外辐射的量或强度可以控制，这种新的红外辐射层可以开辟一条捕获和再利用损失热量的新途径。人们对再利用废热很感兴趣，而我们的技术可以改进这一过程。”

帕迪拉和他的学生们所期盼的技术核心元素是超材料。这些是自然界中不存在但具有一些极其特殊性质的人造材料，其本质源于一种不同于原始天然材料固有结构的物理结构。

具体来说，帕迪拉的团队将一种专为高性能红外吸收和发射而设计的超材料与微机电系统（MEMS）相结合，从而产生了一种红外特性可以在逐像素尺度上快速改变的设备。

超材料具有与自然界中的传统材料“相反”的性质。

但与Optica传统的TPV器件相比，最显著的一点是，它无需任何加热或冷却手段，仍能改变发射的红外辐射，Optica仍能在常温下工作，而不会像老款TPV器件那样，导致支持的辐射范围变窄。

这一细节使得基于 Optica 的 TPV 设备能够将更多形式的红外线转化为电能，包括人体热量和汽车发动机热量，与熔炉或金属冶炼厂发出的温度相比，这些热量相当低。

随意散发热量的能力可以创造热“隐形”伪装层。

未来，该团队计划将 MEMS 层扩展到 128 x 128 像素，从而使该设备拥有更多应用。从将红外热能转化为电能，到隐藏红外辐射以及产生红外辐射的物体或车辆，帮助士兵更好地伪装自己，躲避敌方热成像瞄准镜的追踪。

据Khoahoc.tv报道