智能手機(jī)為人們的生活帶來(lái)極大的便利，但其電池續(xù)航力卻顯得美中不足。一旦忘了補(bǔ)充電量，它就會(huì)罷工。能否讓它得到源源不斷的電能供應(yīng)呢？

在現(xiàn)實(shí)生活中，能量其實(shí)無(wú)所不在，這些能量主要包括光照、溫差、運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)、電磁波等。目前，從周?chē)h(huán)境中收集能量，主要難處有兩點(diǎn)：一是找到 如何轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量的方法以便持續(xù)使用，例如太陽(yáng)能這類(lèi)能源并非隨時(shí)可用，既需要轉(zhuǎn)化，又需要貯存；二是如何將相應(yīng)的集能芯片做得小巧，以便整合到電子設(shè) 備中。環(huán)境能源利用技術(shù)大多圍繞這兩個(gè)方面深入開(kāi)發(fā)。

收集電磁波中的能量

目前市場(chǎng)上的集能芯片主要有：以動(dòng)作或運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的動(dòng)能型芯片，據(jù)研究步行1萬(wàn)步、騎自行車(chē)1小時(shí)、跑步30分鐘所產(chǎn)生的電 量可供智能手機(jī)、智能手表、運(yùn)動(dòng)手環(huán)分別使用3小時(shí)、24小時(shí)、72小時(shí)以上。光能型芯片是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。太?yáng)能發(fā)電被稱(chēng)為最理 想的能源，只是由于太陽(yáng)能光板面積大，難以整合到用電設(shè)備中，加之受日光照射的限制，陰天和夜晚沒(méi)法用，其不足之處十分明顯。

磁能型芯片就是收集電磁波包括無(wú)線(xiàn)電波和光波中的能量。無(wú)線(xiàn)電本身就是能量，它有著多種應(yīng)用形式，包括無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)，各種移動(dòng)通信以及無(wú)線(xiàn)電廣播 等。利用電磁感應(yīng)可以從無(wú)線(xiàn)電波中收集能量。由于無(wú)線(xiàn)電波廣泛存在，尤其是電子設(shè)備周?chē)鸁o(wú)線(xiàn)電波強(qiáng)度相對(duì)更大，從無(wú)線(xiàn)電波中收集能量，對(duì)于低能耗電子器件 來(lái)說(shuō)應(yīng)用前景十分廣泛。

收集手機(jī)本身發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電

以往，從無(wú)線(xiàn)電波中收集能量所用的是偶極貼片天線(xiàn)，但由于它收集電能的效率實(shí)在太低，基本上沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有研究人員嘗 試采用多頻段天線(xiàn)，從廣譜無(wú)線(xiàn)電波段中汲取能量，將具備一定強(qiáng)度的電磁波和無(wú)線(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流電，甚至能從手機(jī)、電腦設(shè)備本身發(fā)射出的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)中收集 能量。

多頻段天線(xiàn)能夠探測(cè)、利用和反射無(wú)線(xiàn)電波，既能避免電量過(guò)多浪費(fèi)在信號(hào)發(fā)射上，也能大幅增加智能設(shè)備的電池續(xù)航力。目前利用多頻段天線(xiàn)收集的能量可達(dá)到5毫瓦左右。

如果進(jìn)一步提高收集效率，將收集功率提升到20毫瓦，這樣就可為手機(jī)、傳感器、可穿戴設(shè)備、麥克風(fēng)等低能耗電子設(shè)備供電。當(dāng)然，低水平的能量收 集，不會(huì)影響手機(jī)通話(huà)或數(shù)據(jù)傳遞的質(zhì)量，其存在的問(wèn)題主要是隨著無(wú)線(xiàn)電頻率發(fā)生變化所汲取的能量大小會(huì)上下起伏，距離信號(hào)源越近通常能量越強(qiáng)。

或可不間斷提供電能

新的研究發(fā)現(xiàn)，利用超構(gòu)材料能夠大幅提高從無(wú)線(xiàn)電波中收集能量的效率。超構(gòu)材料是一種人工層狀材料，它由在材料表面蝕刻周期性圖案而形成。這些 圖案特有的尺寸和彼此相鄰的特點(diǎn)可使能量吸收率接近100%。這是一種比傳統(tǒng)天線(xiàn)更有效的能量收集方式。由于超構(gòu)表面技術(shù)對(duì)于電磁能的吸收率比傳統(tǒng)天線(xiàn)高 得多，因此可以大幅度地減少收集能量所需的表面積。這可以縮小電池的體積，更容易整合到各種小型無(wú)線(xiàn)電子器件中。

從無(wú)線(xiàn)電波中收集能量有望在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，包括可穿戴設(shè)備、智能家居、傳感器等需要不間斷供電的設(shè)備設(shè)施，尤其難能可貴的是利用這項(xiàng)技術(shù)的 智能傳感器可以永久性植入建筑物或人們不便打開(kāi)的設(shè)施中，如植入橋梁，用于監(jiān)視鋼筋混凝土的健康狀況，一旦發(fā)現(xiàn)裂縫便發(fā)出警報(bào)。

總之，從周?chē)h(huán)境中收集能量有其獨(dú)到的用途，從無(wú)線(xiàn)電波中汲取電能對(duì)于那些需要不間斷供電的低能耗設(shè)備來(lái)說(shuō)如虎添翼，作為一項(xiàng)很有吸引力的前沿技術(shù)，人們自然對(duì)其未來(lái)充滿(mǎn)期待。

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