耐上千攝氏度高溫的光子晶體問世

據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的一個(gè)研究小組找到了一種采用金屬鎢或鉭制造出可耐受1200攝氏度高溫的光子晶體途徑。這種材料可廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、紅外線化學(xué)探測(cè)器和傳感器、深度探索太空的宇宙飛船等供電裝置。相關(guān)論文刊登在最新一期的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

光子晶體指能對(duì)光作出反應(yīng)的特殊晶格，可影響光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)則光學(xué)結(jié)構(gòu)，類似于半導(dǎo)體晶體對(duì)于電子行為的影響。其晶格尺寸與光波的波長(zhǎng)相當(dāng)，是不同折射率的電介質(zhì)材料在空間呈周期性排列構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)。

MIT軍用納米技術(shù)研究所工程師賽拉諾維奇表示，幾乎完全可以采用標(biāo)準(zhǔn)的微細(xì)加工技術(shù)和現(xiàn)有設(shè)備將這種新型耐高溫、二維光子晶體制造成計(jì)算機(jī)芯片。與早期制造的高溫光子晶體的方法相比，采用新方法制造出的材料具有“更高性能、簡(jiǎn)單操作、堅(jiān)固耐用”等特點(diǎn)，適合低成本的大規(guī)模生產(chǎn)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局也對(duì)這種材料很感興趣，因?yàn)樗哂袨樯疃忍剿魈仗峁┯览m(xù)動(dòng)力的潛力。完成這樣的任務(wù)通常利用少量的放射性物質(zhì)的能 量，采用放射性同位素?zé)犭娫?RTG)。例如，計(jì)劃在今年夏天抵達(dá)火星的“好奇”號(hào)探測(cè)器使用的就是RTG系統(tǒng)，可以連續(xù)不間斷作業(yè)多年，而不像太陽(yáng)能供電站，到了冬天就會(huì)出現(xiàn)發(fā)電不足的情況。

這種耐高溫光子晶體應(yīng)用前景十分廣闊，可用于太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換或太陽(yáng)能光化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置、放射性同位素的供電設(shè)備、氮?dú)浠衔锇l(fā)電機(jī)或工業(yè)領(lǐng)域電廠余熱回收的配套設(shè)施等。但制造這種材料還存在許多障礙，高溫會(huì)導(dǎo)致晶體蒸發(fā)、擴(kuò)散、腐蝕、開裂、熔化或快速化學(xué)反應(yīng)。為了克服這些挑戰(zhàn)，MIT的研究小組正在對(duì)高純度的鎢在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行專門精密的幾何設(shè)計(jì)，以避免材料在被加熱時(shí)損壞。

該材料還可以取代電池，為便攜式電子設(shè)備有效供電，采用丁烷作燃料運(yùn)行熱光生電機(jī)產(chǎn)生能量，作業(yè)時(shí)間比電池長(zhǎng)10倍。