“這種叫做熱力波的現(xiàn)象開(kāi)啟了能源研究的一個(gè)全新領(lǐng)域。” 麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系副教授邁克爾·斯特拉諾說(shuō)。在近日出版的《自然材料》雜志中，斯特拉諾教授發(fā)表了一篇論文，專門介紹該發(fā)現(xiàn)。他在文中解釋道，如同在海洋表面被海浪推進(jìn)的浮游物一樣，沿著細(xì)微導(dǎo)線前進(jìn)的熱力波（一種移動(dòng)的熱脈沖）能夠驅(qū)使電子移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部件是碳納米管，即一種由類似鐵絲網(wǎng)的碳原子網(wǎng)格組成的、具有亞顯微結(jié)構(gòu)的中空管。這些管子的直徑只有幾十億分之一米（即幾納米），屬碳分子家族。碳分子包括巴克球（碳原子組成的一種天然分子，又稱為碳60，其分子結(jié)構(gòu)類似于設(shè)計(jì)師巴克敏斯特·富勒設(shè)計(jì)的某種圓頂，因而得名——編者注）和石墨烯薄片，在過(guò)去20年，這些碳分子家庭成員一直都是世界各國(guó)科學(xué)家大力研究的課題。
在新的實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)這種導(dǎo)電和導(dǎo)熱的納米管都披上了一層活性燃料“外衣”，能通過(guò)分解產(chǎn)生熱量。隨后，研究人員利用激光束或高壓火花在納米管的一端將燃料“外衣”點(diǎn)燃，迅速移動(dòng)的熱波在納米管內(nèi)蔓延，急劇擴(kuò)散。燃料產(chǎn)生的熱進(jìn)入納米管后，傳播速度變?yōu)樵瓉?lái)速度的幾千倍。當(dāng)熱反饋到燃料涂層時(shí)，就產(chǎn)生熱波，沿著納米管流動(dòng)，形成環(huán)狀熱波。在高溫下，環(huán)狀熱波在管上的傳播速度比正常溫度下的速度快1萬(wàn)倍。最后，熱波推動(dòng)電子沿納米管運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生了可觀的電流。
斯特拉諾表示，燃燒波（就像在導(dǎo)線內(nèi)猛烈碰撞的熱脈沖一樣）“在100多年來(lái)已經(jīng)得到精確研究”，但他卻是第一個(gè)預(yù)測(cè)這種能量波能夠被納米管或納米線來(lái)引導(dǎo)，并在導(dǎo)線內(nèi)推動(dòng)電子流動(dòng)產(chǎn)生電流。當(dāng)研究人員把碳納米管涂上燃料層時(shí)驚奇地發(fā)現(xiàn)，納米管的電壓峰值發(fā)生了變化。
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)，這種系統(tǒng)現(xiàn)在能根據(jù)自身重量產(chǎn)生一定量的能源（大約為同等重量鋰離子電池產(chǎn)電量的100倍）。系統(tǒng)實(shí)際釋放電量比熱電計(jì)算法預(yù)測(cè)的要多得多。受熱時(shí)，很多半導(dǎo)體材料能夠通過(guò)塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生電勢(shì)，而這種效應(yīng)在碳中非常微弱。斯特拉諾解釋：“在碳納米管中發(fā)生的是另一種現(xiàn)象，我們稱之為電子輸送，因?yàn)椴糠蛛娏鲝?qiáng)度似乎與能量波的波速成正比。”通俗一點(diǎn)講，就好比熱波在輸送電荷載子，如同海浪能夠卷起海面上的垃圾并帶著它們一起前行一樣。系統(tǒng)的這一特性是其能夠產(chǎn)生強(qiáng)電流的原因。
斯特拉諾教授表示，因?yàn)檫@是全新的發(fā)現(xiàn)，難以確切預(yù)測(cè)其將來(lái)的實(shí)際用途。但它極有可能促進(jìn)超小型電子設(shè)備的研發(fā)，并應(yīng)用于微型傳感器或者能夠注射到體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備。理論上說(shuō)，這種設(shè)備能夠無(wú)限地維持其電力直至用盡，不會(huì)出現(xiàn)一般電池因長(zhǎng)久閑置出現(xiàn)的漏電情況。同時(shí)，由于納米管很細(xì)微，可以大批量地生產(chǎn)，并給較大的設(shè)備提供電力。
此外，研究人員還預(yù)測(cè)，通過(guò)在同一段碳納米管中使用不同種類的活性燃料“外衣”，能量波的前端可能會(huì)振蕩，從而讓他們得到交流電。斯特拉諾說(shuō)，如果能證實(shí)這一猜測(cè)，就能開(kāi)啟更多可能性，因?yàn)榻涣麟娛且苿?dòng)電話等無(wú)線電波傳輸?shù)幕A(chǔ)，但目前的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)都只能輸出直流電。
麻省理工學(xué)院的這一研究引起了學(xué)界的熱議，德克薩斯大學(xué)納米技術(shù)學(xué)院主任雷·鮑曼并沒(méi)參與這項(xiàng)工作，但在他眼中，這項(xiàng)研究是“一流的”。鮑曼說(shuō)，這項(xiàng)工作“最初始于一個(gè)有創(chuàng)意的想法，有人也許認(rèn)為它很荒唐。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻令人興奮，它的應(yīng)用前景很廣泛”。
