熱點充電 磁共振免拉線

評論：
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若接收設備更先進，可以接收太陽系或地球本身的磁場振頻，那......潔淨又免費的能源將成為事實！

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【聯合報╱編譯莊蕙嘉／報導】 2010.09.17 03:00 am

日本電子大廠富士通（Fujitsu）發表一款「無線遠距充電器」，利用磁共振原理，不但不用接線，甚至可延伸數公尺，未來手機、電腦及電動車等電子用品，都能在公共場所的熱點隨時充電。 無線充電器應用磁共振原理，線圈和電容組成的傳送裝置，傳輸電力給另一組線圈和電容組成的接收器。現行的多數無線充電裝置，，必須在近距離內充電，例如電動牙刷得放在充電座上才能作用；相較之下，磁共振充電器的電力傳送距離更遠。 目前的概念裝置測試時，可在15公分的距離充電，不過富士通宣稱，待充電器發展成熟，在數公尺的距離外充電也不是問題，該公司預定到2012年以前，在公共場所設置充電熱點，並量產充電器。 此外，新型無線充電器的充電時間更短更快速，只要目前充電時間的一百五十分之一，且能同時充電多項裝置。對於無法更換電池的iPhone用戶，無疑是一大福音。 雖然新式充電器又快又便利，但消費者擔心，此裝置是否像其他電器產品一樣，會發出電磁波傷害人體。專家解釋，理論上，電力只在同頻率共振的線圈間傳送，不會危害人體。 【2010/09/17 聯合報】

自行發電零件 日本企業攜手開發

http://udn.com/NEWS/WORLD/WOR2/5833201.shtml
經濟日報╱編譯簡國帆／綜合外電】2010.09.07 02:28 am

豐田汽車（Toyota）和Panasonic等23家日本企業將攜手合作，共同開發會自行發電的先進電子零件，並希望在兩、三年內在市場上推出相關產品。

日經新聞6日報導，這23家公司包括豐田、本田汽車（Honda）、Panasonic 、Olympus、瑞薩電子（Renesas）、村田製作所（Murata）、NTT資料公司和旭化成公司（Asahi Kasei）等，他們希望整合各自在尖端原料技術等領域的專業，聯手開發效率更高、價格更低的自行發電零件。

這些公司也已把人力整合至NTT資料公司旗下實驗室成立的聯營企業內，力圖在二至三年內讓產品問世。

開發成功後，感應器和電路開關等產品將不再需要外部電力來源，因為內部零件就可把震動、體熱和些微光線所產生的能量轉化為電力。

目前電視遙控器已開始使用這種零件，利用消費者移動遙控器或者按下按鈕的震動能量，就足以提供遙控器所需的電力，不再需要裝電池；某些歐洲空調設備的壁掛 式遙控裝置也已採用自行發電零件，但目前這些零件的體積太大，邊長達數公分，單價更高達數千日圓（3,000日圓約35美元）。

參與研發的企業認為，自行供電零件最具前景的應用產品之一為汽車感應器。目前一輛豪華房車內使用超過150個感應器，若把輸送電力給感應器的電纜線連接起來，長度可達1公里；移除這些電纜線不僅能減輕汽車重量、也可降低製造成本。

將來自行發電零件也可能用於心律調整器、鍋爐和其他機械裝置，把現成的震動或熱能等能量轉化為這些裝置運作所需的電力，取代目前難以更換的電池。據英國一家研究公司估計，全球自行發電零件的市場規模將於2020年達到44億美元，比2010年的預估市場規模增加七倍。

【2010/09/07 經濟日報】

環保水電池 加水就能充電

http://www.formosamedia.com.tw/?p=3482

玉山周報第25期　版面：產業天地　作者：蘇紫雲

水電池已經商品化，開始在市場上攻城略地。（翻攝自網站）

台灣製水電池，應用於電子鐘、計算機等產品壽命長。 （翻攝自網站）

　加水就能發電？要跌破大家眼鏡的是，水電池不但是事實，而且已經商品化，開始在市場上攻城略地，未來你的MP3、手機、甚至筆記型電腦不必再充電，只要 加水就能使用，更棒的是，其中性能最好的就是台灣產品。
　環保時尚議題正夯，最新上片的末日電影更是以環保災難為題材，控訴人類對環境的破壞，終於導致自食惡果。撇開嚇人的環保電影不談，若說加水就可以發電的 電池，聽起來當真不可思議，天下哪有不用錢的午餐？懷疑論者可能會以為是發明家又在發白日夢，畢竟依照「能量不滅」定理，沒有能源輸入，哪來的能源輸出。
　
《 新材質可以環境分解 》

　其實，水電池還是倚賴物理定律，只是材料創新。簡單來說，所有電池都是由金屬正負極板、電解液構成，藉化學能量產生電流，點亮燈泡或讓音響唱歌。 大到汽車電瓶、小到手錶電池都是類似原理。不妙的是，汽車電瓶使用的鉛、酸液，處理不當會對環境、人體造成極大危害，即使是手錶內小小的水銀電池，都足以 讓6 百噸的水無法使用，就算排入海中，也會隨著海洋生物的食物鏈毒害到所有生態系，最終又回到人類五臟廟中，危害人體。其作用就如同金庸小說中，毒殺鯊魚群的 連鎖效應一般，危害甚烈。
　現時許多深海魚類含有超量水銀，人為污染所造成的「甲基汞」就是主因。環保水電池的訴求，就是避開可能的污染材料。正負極金屬材料不使用水銀、六價鉻、 鎘等物質，改採碳、鎂、鋁、銅鎳等自然界無害物質，本體也以環境可分解材質組成。使用者只需加入水、果汁、汽水、紅酒、甚至尿液等液體就可開始供電。

MIT研發小型手機電池 10秒快速充電

【大紀元3月12日報導】（中央社巴黎11日法新電）想像一種可飛快加速到巡航速度的電動車、幾分鐘就充電完成的筆電、超小型手機時代的到來，這是美國2位科學家今天發表可引領更小更輕、載電量更高的鋰電池問世時，所擘畫的願景。

目前由磷酸鋰鐵（Lithium iron phosphate, LiFePO4）製造的鋰電池，儲存大量電力的表現不錯，釋放電量的能力卻不怎麼好。

這種鋰電池比較善於穩定釋放電力，而非突然地放電或充電，因此使用這種電池的電動車，速度穩定時的表現優於加速，而且電池耗盡時，要花數小時充電。

直到現在，問題背後的原因，千夫所指的都是帶電的鋰原子。鋰原子帶電後成為鋰離子，在電池材料裡緩慢移動，而後才抵達電極、釋放電力。

但麻省理工學院（Massachusetts Institute ofTechnology）2名材料學專家表示，問題不是出在離子，而是離子如何通過構成電池的原料中、滿佈密密麻麻的奈米級通道，並將電能送抵目的地。

他們的解決方法就是將硫酸鋰鍍膜，這種鍍膜就像公路支線系統，刺激離子朝管道前進，離子迅速穩定地流向通道入口，接著抵達電極。

他們在英國「自然」（Nature）期刊發表報告說，由於離子流改善，小型手機電池可在短短10秒內充電完成。

理論上，供給油電複合動力車輛的大型電池，也能在短短5分鐘內充電完成。目前這類電池充電動輒6到8小時。

麻省理工學院說，研究由美國政府資助，並已獲2家公司授權。

由於此種發明不是使用新材料，不同的地方在於材料製造的方式，麻省理工學院表示：「成果可在2到3年內上市。」（譯者：鄭詩韻）

美東時間: 2009-03-11 22:35:08 PM

發條式手機電池充電器研發中

摩托羅拉研製發條式的移動電話電池充電器

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(http://www.epochtimes.com)
【大紀元7月23日訊】据《BBC》報導;移動電話成為現代人生活的一部分.移動電話的科技日新月異，不但手機的體積越來越小，重量越來越輕，而且功能越來越多。 但是如果電池沒電，又沒有電源可以充電的話，擁有功能再強的移動電話也沒有用。

移動電話製造商摩托羅拉公司計劃與發明發條式收音機的公司共同生產一種發條式的移動電話電池充電器。

發明發條式收音機的Freeplay公司，現在準備以新的手動式充電器來解決這個問題，使用者只需要以手握曲柄的方式就能夠對電池充電。

發條收音機將電力儲存在內部的彈簧上，但是新的發條充電器則會直接向電池充電。發條式充電器也可以將電力儲存在內部的電池上，等到移動電話電池沒電的時候，再將電力傳輸過去。

移動電話越小越輕

不過今年內將上市的這種充電器，並不能完全取代傳統使用電線插座的充電器。

使用發條式充電器，使用者只要來回握緊曲柄30秒鐘，就能夠讓移動電話擁有4到5分鐘的通話時間。 但是如果要讓電池完全充滿電力，使用者可能要花上半個小時辛苦的勞力工作。

另外一個缺點則是新的充電器重量超過200克，現在新的移動電話連100克都不到，可能很少人會願意隨身攜帶這麼重的充電器。 因此生產廠商認為這種充電器適合遠離正常電源的旅行者使用。

如果有人要到沒有電源插座，但是卻在移動電話通訊訊號範圍內的地區旅行，就可以使用這種充電器。
雖然這種充電器是摩托羅拉與Freeplay共同生產的，但是並不是只有摩托羅拉的移動電話才能夠使用。

使用者只要連接上轉接電線，就可以對其他廠牌的手機充電。
(http://www.dajiyuan.com)

7/23/2001 4:47:00 AM

自助式設備大有可為

2007/05/25

　　海爾公司曾經為農民設計適合於洗地瓜的「洗衣機」，這是樁了不起的舉動。不過，這還不能算是「設計扶貧」，因為 貧困群體連這種產品都買不起。企業是以營利 為主要目的的，因此，不能指望企業成為設計扶貧的主力。目前在世界上，主要是一些非營利機構和非政府組織活躍於設計扶貧領域。

　　 例如，巴西的一位大學教授率領其學生為貧困地區的洗衣婦設計了一種腳踏動力洗衣機。在設計過程中，設計者不斷徵詢洗衣婦的意見。設計人員發現，若沒有她們 的參與，單靠設計人員的外部調研是不可能發現設計環節上的一些缺陷的。他們所做的另一個項目是為撿垃圾者設計出以廢棄物為原料的產品，這樣，撿垃圾者不光 可以將垃圾賣到廢品收購站，還可以通過生產加工這些產品獲得附加價值。

　　為窮人設計產品的不僅僅是發展中國家的科技人員，發達國家中也 有這類令人肅然起敬的科技人員和機構，儘管為數不多。例如，英國著名發明家特萊佛.貝利斯 （「英國發明科學院」的創立者）最重要的發明是1994年問世的無需用交流電或電池的發條式收音機。行銷這一產品的一家南美公司，1998年對發條式收音 機的銷售額為1850萬美元，估計2000年的銷售額達5000萬美元。

　　這一設計還帶來其他兩大效益。當地生產這種收音機的廠家僱傭的 都是殘疾人； 由於很多窮人都擁有了這種便宜的收音機，政府關於防治艾滋病的廣播宣傳起到了較明顯的效果。這一技術的延伸產品則是發條式手電筒和發條式電池充電器，都很 受歡迎。後來，貝利斯他又嘗試發明內植有微型發電機的鞋，將行走的部分能量轉化為電能。這樣，哪怕在大漠裡行走，也能用發電鞋發出的電與外界進行通信聯 繫。

　　筆者過去還注意到，曾有發達國家的發明者申請了一種壓電轉換裝置的專利，將該裝置埋在田埂下之後，從田埂上走過的牲口和人都不是白白走過，還在為發電做貢獻呢。

　　英國有一家叫做ExpLAN的公司為發展中國家設計了一種「單體」計算機，它自帶特殊的電源和電力存儲設備，用戶可以利用可再生能源或當時能獲得的不管哪一種電力來驅動運行這種計算機。

　 　英國有一家非政府組織叫「中間技術開發研究所」。所謂「中間技術」，意思是既非昂貴的高技術，又非過時的低水平 技術，而是恰好符合窮人需求的適用技術。這家研究所為肯尼亞的用戶設計了省柴灶和太陽能燈。這種省柴灶很便宜，使用兩個月所節省的柴禾的費用就足以將買灶 的費用撈回來了。另外，生產灶具的廠家僱傭的是本地的婦女，可謂一舉兩得。在他們推廣太陽能燈的這個農村地區，96％的農戶一直是點燃石蠟照明，因此，用 上太陽能燈是欣喜萬分。

　　設計扶貧有幾個難點。一是如何做到經濟上可行。貧困地區的一些傳統工藝品，若在設計上稍加改造以適應發達國家的消費者 口味，則有可能出口創匯。但是，若沒 人幫助這些貧困地區的人群去探索市場和改進設計，則那些工藝品的原有銷售規模根本不足以為當地脫貧做多大的貢獻。二是如何做到環境友好。本文的幾個例子都 採用了環境友好的技術，而國內有一些地方是以破壞環境為代價脫貧的。最近，國家在限制高能耗、重污染生產廠家的運行，一些地方的百姓是想不通的，因為這將 明顯影響其近期收入。可見，從扶貧的源頭（扶貧設計）做起是多麼重要。三是如何從制度上保證這些「覺悟高」的設計人員和群體能夠長時期保持這樣的積極性， 而無須擔心自己的生存保障問題？第三點是最難的。在發展市場經濟的大環境下，政府怎樣鼓勵和保護有志於「設計扶貧」的組織和個人，是個嚴峻的挑戰。

世界第一台全功能奈米碳管收音機！

Make Way for the Real Nanopod: Researchers Create First Fully Functional Nanotube Radio
http://www.physorg.com/news113058512.html

October 31, 2007

現 在，真正的 nanopod（譯註：借用 iPod nano）要列入金氏世界記錄了。美國能源部的勞倫斯柏克萊國家實驗室（LBNL）與加州大學柏克萊分校的研究者，從奈米碳管創造出世上第一台全功能的奈 米收音機，這比史上曾經製作出來的最小收音機還要小上好幾個數量級。

"單一奈米碳管分子就能夠同時構成整台收音機 -- 天線、可調整的帶通濾波器（band-pass filter）、擴大器與解調器，" 物理學家 Alex Zettl 說，他領導這個奈米管收音機的發明。"利用在商業上可使用的 40-400 MHz 載波，以及 FM 與 AM 這兩種調制，我們成功的示範音樂與聲音的接收。"

由於奈米管收音機實質上能夠自我組裝，而且在製造後能輕易的調整到想要的頻帶，Zettl 相信奈米收音機將能相對容易地大量製造。潛在的應用除了不可思議的微小無線電接收器之外，還包括新一代無線電通訊裝置與監聽器。奈米管收音機技術能為生醫應用提供特別價值。

"整個收音機很容易塞入活生生的細胞中，而且這種小尺寸讓它能安全地與生物系統互動，" Zettl 說。"你可以展望具有腦部或肌肉功能的界面或著以無線電控制的裝置，能在血液中流動。"

奈米管收音機也可能植入到內耳中，成為傳遞資訊的一種全新方式，或是成為矯正受損聽力的一種新方法。

Zettl 同時在柏克萊實驗室的材料科學分部與 UCB 物理系任職，在那裡他是奈米機械系統整合中心的主任。在最近幾年，他與他的研究小組已從奈米碳管中創造出一系列驚人的裝置，包括感應器、二極體甚至是馬 達。不過奈米管收音機卻頭一遭 -- 一點都不誇張 -- 讓人震驚！

"當我還是小孩時，我得到一部電晶體收音機作為禮物，那是我所能想到最棒的東西 -- 音樂自那個我能握在手中的盒中流出！" Zettl 說。"當我第一玩我們的奈米收音機時，就跟我還是小孩，第一次轉動電晶體收音機時一樣興奮。"

奈 米碳管收音機由單一一個奈米碳管構成，那接上一個電極，以便能夠接近一個具有 DC（直流）電壓源的輔助電極（counter-electrode），例如來自一顆電池或著一個太陽能電池陣列，連接到電極上以提供電力。所施加的 DC 偏壓在奈米管的尖端創造出一個負電荷，使其對於振盪的電場變得敏感。電極與奈米管都在真空中連接，其幾何配置類似於傳統的真空管。

Kenneth Jensen 是 Zettl 研究小組的畢業生，完成實際上的設計，並做出這部收音機。

" 我們從製作一個超敏感的力感應器開始，" Jensen 說。"奈米管就好像貓的鬍鬚一樣。微小的力，在阿牛頓（attonewtons）的等級上，使它們明顯的偏斜。藉由偵測這種偏斜，你可以推斷有哪種力正作 用在奈米管上。這種超級敏感性在奈米管的彎曲共振頻率（flexural resonance frequency，那落在無線電廣播的頻率中）上變得更大。因為有這種高度共振頻率，Alex (Zettl) 指出奈米管能用來製作收音機。"

雖然它擁有相同的必要元件，但奈米管收音機並不像傳統收音機那樣靠電力運作，在某一部份上它是以一種機械方式運作，而奈米管本身則同時身為天線與諧調器。

進來的無線電波與奈米管的帶電尖端互動，導致奈米管振動。這些振動只有在進來的無線電波包含了奈米管的彎曲共振頻率時才會變得顯著，而那如同傳統的收音機，能在操作中調整，只接收電磁頻譜中預先選擇的波段，或頻道。

擴 大與解調特性來自於奈米碳管的針尖幾何形狀，這賦與它們獨特的場發射（field emission）特性。藉由集中 DC 偏壓的電場，那施加在整個電極上，這個奈米管無線電產生了一個場發射電流，那對於奈米碳管的機械振動相當敏感。因為場發射電流由外部電源產生，因此要擴大 無線電訊號是可能的。此外，場發射是一種非線性過程，它亦能用來將 AM 或 FM 信號解調，就如同在傳統收音機中所使用的二極體一樣。

" 我們所看見的是，一台收音機中所有四種必要元件都緊密而有效地在振動與場發射的奈米碳管中實作，" Zettl 說。"這是一種完全不同的收音機製作方法 -- 是一種多重功能的電機機構的探索。換句話說，我們的奈米管收音機是一個真正的 NEMS（nano-electro-mechanical system)）裝置。"

因為奈米碳管的尺寸比可見光的波長還要小，因此它 們用最強力的光學顯微鏡依然看不見。因此，為了要觀察奈米收音機的機械運動，Zettl 及其他的研究團隊，除了 Jensen 之外，還包括博士後 Jeff Weldon 與畢業生 Henry Garcia，將他們的奈米收音機放在 TEM 當中。單一波長的載波無線電訊號自鄰近的傳輸天線發射，而當已傳送之載波與奈米管的共振頻率相符時，無線電接收變得可能。

"為了要使奈米 管的機械運動與真正的收音機產生關連，我們發射 FM 無線電波，傳送 Beach Boys 的 Good Vibrations 這首歌，" Zettl 說。"在奈米收音機完成接收、濾波、擴大與解調之後，新浮現的訊號更進一步被電流前級擴大機（current preamplifier）放大，送往一個喇叭並解記錄下來。這部奈米收音機忠實的重現音樂訊號，而且音樂能輕易地被耳朵辨識。"

當研究 者慎重地從載波頻率調變（detuned，譯註：換頻率啦）奈米收音機後，機械性的振動逐漸淡出，然後失去無線電波的接收。當 "鎖定" 在一個給定的無線電傳輸頻道時，每次能夠維持好幾分鐘，而且不用在 TEM 當中就能操作奈米收音機。使用一種稍微不同的配置，研究者成功地傳送與接收數尺之遙的訊號。

"所有電子元件的整合都在奈米碳管本身自然地發生，" Jensen 說。"花了幾小時理解我們的力感應器實際上是一台收音機後，我們就在放音樂了！"

Zettl 補充道，"我們的奈米管收音機在其物理的操作上，相當精密且優雅，不過在技術性的設計上卻相當簡單。與它有關的每件事都運作得相當良好，而且不用額外的修補或花招。"

柏克萊實驗室的技術轉移部門現正尋求業界的夥伴，進行更進一步的開發，並將此技術商業化。

※ 下面有段 QuickTime 影片可以觀看：

＊ Research News: Make Way for the Real Nanopod: Berkeley Researchers Create First Fully Functional Nanotube Radio
http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/MSD-nanoradio.html

＊ 全世界最小的奈米無線電
＊ 軟體無線電將填滿手機缺口
＊ 新技術：以無線電波偵測爆裂物！

＊ 利用聲音將廢熱轉換成電流
＊ 再見電線... MIT 示範無線電力傳輸
＊ 台科學家將光波修改成想要的頻率
＊ 如何以光子遠端操作微機械？
＊ 新光學微共振腔或能導致更有效率的量子運算
＊ 研究者以最新自旋電子學成就領先群雄

＊ 科學家發現研究奈米結構的新方法
＊ 利用催化劑壓印奈米圖樣
＊ 能瞬間將 DNA、細胞、分子分離的新技術
＊ 研究：強力分子馬達加速病毒組裝

＊ 痛恨美國電信業者的理由
＊ 網路之父溫瑟夫：行動通訊平台 下波網路浪潮

再見電線,MIT 示範無線電力傳輸

再見電線... MIT 示範無線電力傳輸
Goodbye wires... MIT experimentally demonstrates wireless power transfer

http://www.physorg.com/news100445957.html

想像這麼一種未來，在其中無線電力傳輸確實可行：手機、家事機器人、mp3 player、筆電以及其他可攜式裝置都能夠自行充電，而不在需要插入插座，讓我們從不可更改的、到處存在的電線當中解放。某些裝置當中，或許不在需要厚重的電池來運作。

MIT 物理系、電子工程系與電腦科學系與 ISN（軍事奈米科技研究所）所組成的一個團隊，已經實驗性的示範了達到這種未來願景相當重要的一步。該團隊由 Marin Soljacic 教授領軍，由於從最近的理論性質預言獲得領悟，他們能夠從離電源 2 公尺之外的地點點亮一顆 60W 的燈泡，兩者之間並沒有物理性連接。MIT 將其概念稱為 WiTricity（wireless electricity 的簡稱）。這項研究將會在 6/7 該期的 Science Express 上報導，亦即Science 的線上優先發表版。

故事開始於幾年年的一個夜 晚，Soljacic（發音：蘇業齊）穿著他的睡衣，凝視放在廚房角落的手機。"那個月我被手機的嗶聲提醒約六次，讓我知道我又忘了充電了。如果它能夠自 行充電那對我而言真的很棒。" 為了讓這件事能夠成功，必須要找到一種方式以無線方式傳輸電力，所以 Soljacic 開始考慮關於哪種物理現象能夠讓此事成真。

幾世紀以來我們已知數種無線傳輸電力的方式。或許最為人所知的例子是電磁輻射，例如無線電波。 雖然這種輻射對於資訊的無線傳輸十分理想，不過對於電力傳輸則否。因為輻射會朝各個方向四散，所以在自由空間中，電力必定會大量消耗。你或許會想到可以使 用指向性電磁波輻射，例如雷射，不過那並不太實用，而且甚至會有危險。它需要傳送與接收端之間，不被攔截的 "視直線（line-of-sight）"，且當裝置會移動時，更需要老練的尋跡機制（tracking mechanism）。

相較之 下，WiTricity 使用耦合共振物體（coupled resonant objects）。具有相同頻率的二個共振物體，能有效的交換能量，而且與外來非共振物體的互動微弱。擺動（swing）是共振機制的其中一種，所以當小 女孩以自然的頻率使擺動動她的腳，她能夠傳送真實的能量。

另一個例子是聲學共振：想像一間有 100 個獨立酒杯的房間，每一個裝了不同程度的酒，所以它們有不同的共振頻率。如果一位歌劇演唱者在此房間當中發出夠大的單音，頻率相符的酒杯將會累積足夠的能 量，甚至爆裂，而這不會影響其他玻璃杯。在任何耦合共振的系統中，它們之間通常存有一種稱為 "強烈耦合（strongly coupled）" 的運作區（regime of operation）。如果能在一個系統當中確保在此區域內運作，能量傳遞將十分有效率。

由於這些情況對 於各種種類的共振一體適用，MIT 的團隊聚焦在特定的類型上：帶磁性耦合共振器（magnetically coupled resonators）。該團隊探索一個具有二個電磁共振器的系統，大部分都是透過其磁場耦合在一起；它們能確認出該系統之中的強烈耦合區，即便二個共振 物體的距離比其尺寸要大上好幾倍。透過此法，能有效傳輸電力。磁性耦合特別適合日常運用，因為大部分常見物質與磁場的互動十分微弱，故與環境外部物體的互 動甚至會更加被壓抑。"磁場互動如此微弱的這項事實，對於有機生物的安全考量來說來說十分重要，" Kurs，物理系的畢業生指出這點。

研究用設計由二個銅線圈構成，每一個都是自我共振系統。一個線圈接上電源，成為發送端。它並非在環境中佈滿電磁波，相反的，它以非輻射磁場，在百萬 Hz 的頻率震動。這種非輻射場會與另一個線圈（接收端）交換能量，它特別設計成會與這個場共振。

共 振的天性可確保發送與接收端的互動強健，同時與其他環境的互動微弱。Moffatt，MIT 的物理系學生解釋："使用非輻射場的關鍵優勢在於大部分未被接收線圈拾取的能量都仍束縛在傳送端，而不會輻射到環境當中而喪失。" 透過這種設計，電力傳輸有其範圍限制，而且尺寸較小的的接收者，其距離會比較短。然而，對於筆電大小的線圈，其電力等級，在房間般大小的距離下，綽綽有 餘，且沒有方向限制，即便二方線圈在非視直線範圍內亦可。

Fisher 指出："As long as the laptop is in a room equipped with a source of such wireless power, it would charge automatically,without having to be plugged in. In fact, it would not even need a battery to operate inside of such a room." 最後，這可以減少我們對於高價、沈重電池的依賴。如同電子電機系畢業生 Karalis 所提到的，磁性耦合共振的效率要比一般共振磁力的引介要有效 100 萬倍。

WiTricity 是以眾所皆知的物理定律來運作，為何之前都沒有人想到呢？Joannopoulos 指出是因為大家過去對此模式的系統需求並不強烈，因此也沒有動機去探究的緣故。並提到過去數年來因為可攜式裝置大量增加，導致需要充電的需求也大增。

至於 Soljacic 該研究的希望是... "Hopefully, we will be getting rid of some more wires, and also batteries, soon."

※ 不過應當規範出一個標準，才不會製造出具有相同共振能力的產品，特別是醫療用途的產品。另外敵軍也可能利用這種原理來破壞具有相同共振能力的設備。

＊ Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic
Resonances
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1143254
Andre Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, J. D.
Joannopoulos, Peter Fisher, Marin Soljacic
Science Express Published Online June 7, 2007
DOI: 10.1126/science.1143254


＊ Novo-TTF 電場有效對付腦癌

「醋媒」氫汽車 趴趴走不加油

"醋媒"氫汽車 趴趴走不加油

賓州州立大學環境工程專家隆根（右）與陳紹安（譯音，左）的微生物氫氣燃料電池的研究，讓未來路上跑的車子不僅不必消耗汽油，而且絕對不排放溫室氣體。 （路透）

〔編 譯魏國金／綜合十二日外電報導〕以廢水與醋為食的細菌，通上電流就能產生乾淨的氫燃料，進而可使汽車趴趴走，也不怕油價直直升？這不是市井小民的春秋大 夢，美國賓州州立大學環境工程教授隆根指出，微生物燃料電池幾乎能將所有的可生物分解有機質轉換成零污染排放的氫氣燃料。

微生物燃料電池超環保

現行氫氣動力車的氫氣，大多生產自石化燃料，因此，即使氫氣動力車本身不排放溫室氣體，但是燃料的製造過程卻會。上述的微生物燃料電池比現行氫氣車更環保，隆根說：「它是一種運用可再生有機物、利用任何可生物分解的物質，並從這些物質生產出氫氣的方法。」

隆根與同僚陳紹安（譯音）共同發表的這項研究，刊登在美國國家科學院院刊上。研究人員所使用的微生物是在裝有醋酸的電解電池中，自然產生的細菌。食用醋就含有醋酸。

細菌以醋酸為食，並釋放出能製造○．三伏特電力的電子與質子時，從外部再提供稍許電力，氫氣就會從醋酸中噗噗冒出。隆根指出，這要比水電解，亦即以電荷將水的氫氧結構分裂更有成效，他說：「它所耗的能源大約是水電解的十分之一」。

此外，隆根指出，在實驗室中，醋酸所產生的氫氣幾達理論上最大產量的九成九。

這是因為細菌承擔下重頭戲，它將有機物分解為亞原子粒子，因此電能所做的就是觸發這些粒子去形成氫，而所產生的燃料雖是氣體而非液體，但仍能用來驅動汽車。

隆根說，除可使用醋酸外，其他揮發性有機酸，比如葡萄糖、醋酸鹽等都可使用，而唯一釋出的物質就是水。不過由於微生物燃料電池體積太過龐大，難以裝入車內，因此氣態氫燃料必須在工廠生產，在油源日益枯竭之際，加油站設立加氫氣區遠景可期。

效率達 60% 的太陽能電池？

Solar Cells with 60% Efficiency?
http://www.physorg.com/news119107136.html

January 09, 2008
by Lisa Zyga

核 能工程師 Lonnie Johnson，他最為人知的發明是「超大隻玩具水槍（super soaker squirt gun）」，最近設計出新一類型的太陽能技術，他說那能達到超過 60% 的轉換效率。就今日最佳的太陽能系統來說，效率也不過 30%-40%，Johnson 的方法能將太陽能的成本近乎打對折。

最近在 Popular Mechanics 的一篇文章中描述 Johnson 的系統如何運作。他並非利用太陽能電池（photovoltaic cells，光伏電池），在此矽將陽光轉換成電力，這套新系統作用反而如同熱引擎。但不是用熱來轉動一個軸，相反地，它用熱來迫使氫離子通過一個膜電極 （membrane-electrode），並創造電力。

該系統，稱為 Johnson Thermoelectric Energy Converting System（JTEC，Johnson 熱電能轉換系統），由二堆電極組成 -- 一個高溫堆疊，由太陽加熱（以及由聚光的鏡子）以及一個低溫堆疊。

一 陣電流的震盪（jolt）觸發一個遍及電極堆疊的電壓，同時低溫堆疊將氫由低壓往高壓泵出以維持壓力差異。當氫通過高溫堆疊電極時，它會產生電力。就某種 意義來說，該系統類似燃料電池（譯註：Johson 的網頁上說，該系統是以 Ericsson cycle 來運作，http://en.wikipedia.org/wiki/Ericsson_cycle）。

Johnson 計畫要建立一個系統，在目前拋物鏡的太陽聚光能力下，其高溫可達攝氏 600 度，它能產生超過攝氏 800 度的溫度。在 600 度時，該系統的效率可達 60%。在高溫下，效率甚至能增加更多。

根據 Johnson 表示，該系統應能產生數百萬瓦特的電力。它也能夠從內燃機、渦輪機甚至人體回收廢熱。Johnson，前 NASA 員工，他以發明 super soaker 所賺得的數百萬美金，資助這項研究。

新自旋電池利用磁場充電

中文：http://only-perception.blogspot.com/2009/03/blog-post_3098.html

Physicist develops battery using new source of energy
http://www.physorg.com/news156011642.html

March 11th, 2009

Miami（邁 阿密）大學與日本東京大學及東北大學已經能證明「自旋電池（spin battery）」的存在，若需要充電，則得要對一種稱為磁通道連接（magnetic tunnel junction，MTJ）裝置中的奈米磁鐵施加一大規模的磁場。這種新技術在無可動部件之電腦硬碟的創造上向前邁進一步，那將比目前所使用的硬碟更加快 速、便宜且使用更少能量。在未來，這種新電池能用來為動力車開發新電池。

這項研究將發表在即將出刊的 Nature 上，目前可由該期刊的 AOP 取得。

這種裝置由 Miami 物理學家 Stewart E. Barnes（科學與藝術學院）及其同僚所創造，可儲存能量在磁石中而不是透過化學反應。

如同一輛上緊發條的（winding up）玩具車，自旋電池藉由施加一大規模磁場來「上緊發條」 -- 沒有化學作用涉入。該裝置可能比至今所發現的任何東西都要更好，Barnes 說。

"我們已經預料這種效應，不過這種裝置產生超過百倍以上的過大電壓，且持續數十分鐘，而非我們所預期的數毫秒，" Barnes 說。"正是這種違反直覺的事，導致我們在理論上理解發生了什麼事。"

這 種技術背後的祕密是利用奈米磁鐵感應電動勢。除了風格更直接之外，它所使用的原理與傳統電池相同。儲存在電池中能量，不管是在 iPod 或電動車內，它是以化學能的形態存在。當某樣東西「開啟」，這裡有化學反應發生並製造出電流。這項新技術將「磁能」直接轉換成「電能」而無須進行化學反 應。在這種過程中所製造的電流稱為「自旋極化電流（spin polarized current）」，而且在一種新技術，稱為「自旋電子學（spintronics）」中找到用途。

這項新發現增進我們對於磁鐵運作方式 的理解，而其立即應用是將 MTJs 當成電子元件使用，並以有別於傳統電晶體的方式運作。雖然實際裝置的直徑約與人類頭髮相當，而且甚至連 LED 都無法點亮，不過能以這種方式儲存的能源將有潛力讓一輛車運行數哩。其可能性無窮無盡，Barnes 說。

※ 相關報導：

＊ Electromotive force and huge magnetoresistance in magnetic tunnel junctions
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/abs/nature07879.html
http://dx.doi.org/10.1038/nature07879

Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka,
Stewart E. Barnes & Sadamichi Maekawa
Nature advance online publication 8 March 2009
doi: 10.1038/nature07879

...Here we show that such an e.m.f. can indeed be induced by a static magnetic field in magnetic tunnel junctions containing zinc-blende-structured（包含硫化鋅結構的）MnAs（砷化錳）quantum nanomagnets. The observed e.m.f. operates on a timescale of approximately 10^2–10^3 seconds and results from the conversion of the magnetic energy of the superparamagnetic（超順磁的） MnAs nanomagnets into electrical energy when these magnets undergo magnetic quantum tunnelling. As a consequence, a huge magnetoresistance（磁阻）of up to 100,000 per cent is observed for certain bias voltages（偏壓）. Our results strongly support the contention that, in magnetic nanostructures, Faraday's law of induction must be generalized to account for forces of purely spin origin. The huge magnetoresistance and e.m.f. may find potential applications in high sensitivity magnetic sensors, as well as in new active devices such as 'spin batteries'.

＊ 未來電子學：使用量子化電流驅動的奈米裝置
＊ 微小電容器造就龐大記憶
＊ IBM 推出新記憶體 10 年內終結硬碟
＊ 第一個積體奈米線感應器電路
＊ MIT 以病毒開發出如細胞般大小的電池
＊ 研究者為次世代混合車革新燃料電池設計
＊ 陽光將二氧化碳轉變成甲烷
＊ 太陽是永續能源的明日之星

MIT 研究者發現製造電力的新方法

中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/03/mit.html

MIT researchers discover new way of producing electricity
http://www.physorg.com/news187186888.html

By David Chandler, March 7, 2010

(PhysOrg.com) -- MIT 的一個科學家團隊發現一種先前未知的現象，使被稱為奈米碳管的微小導線發出強大的能量波。研究者表示，這項發現將導致製造電力的新方法。

這 種現象，稱為熱電波（thermopower waves），"開啟了能量研究的新領域，那相當罕見，" Michael Strano 表示，MIT 的 Charles and Hilda Roddey 化學工程副教授，他是 3/7 Nature Materials 上一篇描述這些新發現之論文的資深作者。第一作者為 Wonjoon Choi，機械工程博士生。

如同穿越海洋的波浪沿著表面推動大量的漂浮殘骸般，該現象原來是一種沿著一條微小導線前進的熱波（thermal wave）-- 一種移動中的熱脈衝 -- 能沿著導線驅使電子創造出電流。

配 方中的關鍵成份是奈米碳管（carbon nanotubes） -- 以一種如雞網（ chicken-wire）般的碳原子晶格所製成的亞微觀中空管狀物。這些管狀物，直徑只有幾十億分之一公尺寬，是一族新奇碳分子的一部份，包括巴克球 （buckyballs）與石墨烯（graphene）薄片，在過去二十年來已成為全世界密集研究的主題。


一種先前未知的現象

在 新實驗中，每根導電又導熱的奈米管接上（wired up）一層反應性燃料（譯註：cyclotrimethylene trinitramine，環三亞甲基三硝胺，即 RDX、cyclonite、hexogen，塑膠炸藥主成份），可透過分解作用產生熱。這種燃料接著能在奈米管的一端以雷射光束或著高壓火花點燃，而結 果就是一種沿著奈米碳管長邊快速移動的熱波，就好像火舌沿著點著的導火線長邊快速前進。來自燃料的熱進入奈米管中，它在這裡的行進速度比在燃料中快上數千 倍。當熱反饋至燃料塗層時，會造出一道沿著奈米管被引導的熱波。當溫度達 3,000 K 時，「熱環」沿著奈米管的速度比這種化學反應的正常速度要快上 1 萬倍。結果證明，那種燃燒所產生的熱，也能推動電子沿著奈米管前進，創造出一股真實電流。燃燒波（Combustion waves）-- 像這樣的熱脈衝會沿著導線猛衝 -- "在數學上已被研究超過 100 年了，" Strano 說，不過他是第一個預測這種波可由奈米管或奈米線所引導，且這種熱波能推動電流沿著導線前進。

Strano 表示，在該小組最初的實驗中，當他們將奈米碳管接上他們的燃料塗層以便研究這種反應。"你瞧！（沿導線傳播）所導致的電壓峰值大小真令我們感到驚訝。"

在進一步開發後，該系統現在釋出的能量，依其重量比例來算，大約比相當重量的鋰離子電池大上百倍。

他說，所釋出的電力總量比熱電計算的預測大上許多。雖然許多半導體材料被加熱時能產生電位 -- 透過 Seebeck effect（席貝克效應，熱電效應，因溫差而生電） -- 不過此效應在碳中非常弱。

"那裡發生了某件事，" 他說。"我們稱之為 electron entrainment（電子攜帶，譯註：entrainment 原意指使搭火車），因為部份電流似乎隨著波速而縮放。"

他解釋，這種熱波顯然正要搭乘（entraining）電荷載體（不管是電子或電洞），正如海洋波浪能收拾並沿著海面攜帶殘骸一樣。這種重要特性正是該系統能產生高電力的緣故。


探索可能的應用

他說，因為這是一種新發現，所以很難精確預測實際應用將會是什麼。不過他提到一種可能的應用會是讓新的超小型電子裝置 -- 例如米粒般大小的裝置，或許具備感應器或治療裝置，能被注射進入體內。又或著那可能導致"像空氣中的塵埃般被散佈的環境感應器，" 他說。

理論上，他說，這樣的裝置能無限期地維持它們的電力直到用舊了，不像電池若放著不用電荷就會逐漸漏光。此外，Strano 指出，每條奈米線雖然微小，不過它們能被製成大型陣列以供應顯著電力給較大型的裝置。

這 些研究者亦計畫進行其理論的另一方面：透過採用不同類型的反應性材料當作塗層，波前（wave front）可能會振盪，從而產生交流電。Strano 表示那可能會開啟各式各樣的可能性，因為交流電是無線電波（諸如手機傳送）的基礎，不過目前的儲能系統全都只產生直流電。"我們的理論在我們開始在資料中 觀察到它們之前就預測了這些振盪，" 他說。

此外，該系統目前版本的效率不高，因為大量電力變成熱與光而散發掉。該團隊計畫要改良它。

※ 相關報導：

＊ Chemically driven carbon-nanotube-guided thermopower waves
http://dx.doi.org/10.1038/nmat2714

Wonjoon Choi, Seunghyun Hong, Joel T. Abrahamson,
Jae-Hee Han, Changsik Song, Nitish Nair, Seunghyun Baik &
Michael S. Strano
Nature Materials, Published online: 7 March 2010
doi: 10.1038/nmat2714

＊ 作用中的奈米化學
＊ 奈米管＋墨水＋紙＝即用電池
＊ 奈米碳管作為一單光子源
＊ 第一道鍺雷射讓我們更靠近「光學電腦」
＊ 科學家解開光合作用階段中的謎
＊ 金與銀奈米線能自然結合、維持強健
＊ 科學家利用金奈米級系統將光轉變成電流
＊ 靈感來自電漿電視的數位量子電池

物理學家提出遠距傳輸能量的方法

中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/02/blog-post_9139.html

Physicist proposes method to teleport energy
http://www.physorg.com/news184597481.html

By Lisa Zyga, February 5, 2010

(PhysOrg.com) -- 利用使資訊遠距傳輸（teleportation）成為可能的相同量子原理，一項新提議證明那也許能夠傳送能量。利用糾結粒子（entangled particles）中的量子能量波動，物理學家也許夠將能量注入其中一個粒子，並從位於數光年之遙的另一個粒子將能量取出。這項提議或能導致能量散佈的 新發展，對於量子資訊與量子能量之間的關係也能有更好的的理解。

東北大學（Tohoku University）的日本物理學家堀田昌寛（Masahiro Hotta）在一篇最近張貼在 arxiv.org 上，名叫「Energy-Entanglement Relation for Quantum Energy Teleportation（量子能量遠距傳輸的能量糾結關係）」的文章中解釋這種能量遠距傳輸方案。

先前，物理學家已證明如何遠距傳輸數種不同實體，包括光子、原子與離子的量子態。研究者預測遠距傳輸的原理也能擴展到分子、病毒與其他更複雜的物體。過去一年以來，物理學家也已經在探索量子能量遠距傳輸，而堀田的最新論文則建立在這些研究之上。

在 量子能量遠距傳輸中，一位物理學家首先針對二糾結粒子的每一個進行測量。針對第一個粒子的測量會把量子能量注入這個有二個粒子的系統中 -- 那是有可能的，因為任一粒子的能量中總有量子波動。透過對第二個粒子進行仔細挑選的測量，能量接著可從第二個粒子那裡擷取出來。在整個過程中，系統整體能 量仍維持不變。

如同先前遠距傳輸的例子，真實粒子並沒有被傳輸，因為在量子層次上，它們基本上完全一樣。相反的，它們所攜帶的資訊則很重要。基於這個緣故，物理學家可以只在粒子中傳送資訊，而非粒子本身。接收粒子接受來自傳送粒子的資訊，並呈現出與傳送粒子一模一樣的狀態。

堀田的論文標誌著「最小『量子能量遠距傳輸模型』種類之能量糾結關係」的第一個例子。一如他的解釋，這些發現能使科學家們探索物理學的基礎：尤其是，量子資訊與量子能量間的關係。

"這些量子糾結不等式（inequalities）很重要，使糾結與能量相關並成為一種實證的（evident）物理學資源，藉此，它們在協助獲得深刻的糾結理解上，本身也成了一種物理學資源，" 他寫道。

如同 MIT Technology Review 一篇報導的解釋，這些關於糾結與資訊的新構想可能有深遠的影響："這裡有種發展中的觀念，最能描述宇宙特性的並非那些統治事物的定律，而是那些主宰資訊的法則。這對量子世界而言顯然為真，對於狹義相對論而言必定為真，而目前正為了廣義相對論來進行探索。有某種方法在相同的立足點上處理能量，或能協助將這些互異的標準兜在一起。"

※ 我們說不定存在於母體中。相關報導：

＊ Energy-Entanglement Relation for Quantum Energy Teleportation
http://arxiv.org/abs/1002.0200

Masahiro Hotta
arXiv:1002.0200v1 [quant-ph]

Protocols of quantum energy teleportation (QET), while retaining causality and local energy conservation, enable the transportation of energy from a subsystem of a many-body quantum system to a distant subsystem by local operations and classical communication through ground-state entanglement. We prove two energy-entanglement inequalities for a minimal QET model. These relations help us to gain a profound understanding of entanglement itself as a physical resource by relating entanglement to energy as an evident physical resource.

＊ 新時空結構或能提供暗示給量子重力論
＊ 科學家在量子世界中發現「黃金比率」
＊ 在強磁下超冷電子的奇特對稱（E8）

＊ 量子態一舉數得
＊ 以「國王的新衣」重新思考布朗運動
＊ 以有序風格推進冷卻的邊疆
＊ 靈感來自電漿電視的數位量子電池
＊ 振動 -- 綠螢光蛋白效率關鍵

科學家利用金奈米級系統將光轉變成電流

中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/02/blog-post_2331.html

Scientists turn light into electrical current using a golden nanoscale system
http://www.physorg.com/news185223339.html

February 12, 2010

賓 州大學 Nano/Bio Interface Center 的材料科學家在某種分子電路上證明光輻射到電流的換能（transduction，能量轉換）。這套系統 -- 奈米大小的金分子陣列 -- 藉由創造「在整個分子上感應（induce）與投射（project）電流」的表面電漿子（surface plasmons），來響應電磁波，類似光伏太陽能電池。

這些結果或能以一種自我供電的（可能是透過日光）、奈米大小的電路，為效率更高的能量收成提供一種技術性方法。最近，表面電漿子已被設計成各式各樣的光活化裝置，例如生物感應器。

這套系統也有可能用在資料儲存上。雖然傳統電腦處理器以二進位形態（不是開就是關）來代表資料，不過一部使用這種光伏電路的電腦也能以相符的光波長來儲存資料。

因為分子化合物能展現出廣泛的光學及電氣特性，故這項研究中的製造、測試與分析說明策略可成為一套新裝置的基礎，在其中，受電漿子控制的單一分子電氣特性可被設計成廣泛地牽連至電漿子電路以及光電和能源收成裝置。

材 料科學教授以及 Nano/Bio Interface Center 主任，Dawn Bonnell 等人製造出光敏陣列、金奈米粒子，在玻璃基質上將它們連起來。將奈米粒子之間的空間最小化至最理想距離，研究者利用光學輻射來刺激具傳導性的電子，稱為電 漿子（plasmons），以支配（ride）金奈米粒子的表面並將光線聚焦至連結分子的接點上。電漿子效應使分子中的電流產生效率增加百分之 400 到 2000 倍，那接著能透過網路傳輸到外部世界。

在光學輻射刺激表面電漿子且奈米粒子受到最佳耦合的例子中，大型電磁場在粒子間建 立，且由金奈米粒子捕捉。這些粒子接著彼此耦合，形成一條穿過相對電極的滲流路徑（percolative path）。大小、形狀與間隔能加以定做以改造光聚焦的區域。將這些粒子的大小、形狀與間隔最佳化以製造出一種「能引起共鳴的」光學天線，也許能產生數千 倍的強化。

此外，該團隊證明，電漿子耦合奈米粒子的光導電性強度能獨立於分子的光學特性之外進行調整，這項結果對於未來奈米級的光電子學裝置具有深遠的影響。

"如果該系統的效率能夠放大而沒有任何額外的、意外的限制，我們相信能製造出一種一安培、一伏特的樣本，直徑如人類頭髮，一英吋長，" Bonnell 說。

這項研究發表在當期 ACS Nano 期刊上。

※ 文縐縐 XD 相關報導：

＊ Plasmon-Induced Electrical Conduction in Molecular Devices
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn901148m

Parag Banerjee, David Conklin, Sanjini Nanayakkara,
Tae-Hong Park, Michael J. Therien and Dawn A. Bonnell
ACS Nano, Article ASAP, January 22, 2010
doi: 10.1021/nn901148m

Metal nanoparticles (NPs) respond to electromagnetic waves by creating surface plasmons (SPs), which are localized, collective oscillations of conduction electrons on the NP surface. When interparticle distances are small, SPs generated in neighboring NPs can couple to one another, creating intense fields. The coupled particles can then act as optical antennae capturing and refocusing light between them. Furthermore, a molecule linking such NPs can be affected by these interactions as well. Here, we show that by using an appropriate, highly conjugated multiporphyrin chromophoric wire to couple gold NP arrays, plasmons can be used to control electrical properties. In particular, we demonstrate that the magnitude of the observed photoconductivity of covalently interconnected plasmon-coupled NPs can be tuned independently of the optical characteristics of the molecule—a result that has significant implications for future nanoscale optoelectronic devices.

＊ 表面電漿提高奈米結構的潛在價值
＊ 研究揭櫫金奈米簇穩定性與電子特性
＊ 新奈米晶體具廉價光源潛力
＊ 超材料光學的突破-- 解決吸收損失
＊ 新太陽能：彈性奈米天線陣列捕捉大量紅外光
＊ 量子點讓「彩虹」太陽能電池不再是夢想
＊ 控制材料的電子表面特性

＊ 首次利用雷射觸發雷雨的電氣活動
＊ 奈米雷射-- 未來光學電腦與科技的關鍵
＊ 相機閃光讓絕緣材料變導體（石墨烯）
＊ 研究者證明太陽能電池中的「雪崩效應」
＊ 研究者在量子級聯雷射中發現新型雷射
＊ 第一道鍺雷射讓我們更靠近「光學電腦」
＊ 振動 -- 綠螢光蛋白效率關鍵

＊ 聲學鑷子能幫助微小物體定位
＊ DNA 裝配線 建構奈米粒子簇
＊ 靈感來自電漿電視的數位量子電池
＊ 物理學家提出遠距傳輸能量的方法

日立新鋰離子電池可維持十年

中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/04/blog-post_18.html

New Hitachi Li-ion batteries to last ten years
http://www.physorg.com/news190018064.html

By Lin Edwards, April 9, 2010

(PhysOrg.com) -- 日立（Hitachi）宣佈他們透過一種新陰極（cathode）材料的開發，或能使可充電鋰離子（Li-ion）電池的壽命加倍。此材料與新神戶電機 （Shin-Kobe Electric Machinery）共同開發而成，雖然一開始對於筆電、相機或智慧型手機這樣的小型應用並不是那麼有用，不過那對於混合或電動車中的大型電池，以及儲存 風力農場發電機所製造的額外能量上也許很理想。

這種新電池在正電極使用更多的錳，並減少鈷（那更加昂貴）的使用。日立表示，這種新陰極材 料是鋰錳氧化物尖晶石（spinel，LIMn2O4）這種複合物，那是一種結晶材料，比先前的陰極材料更加穩定。其穩定性使得陰極更耐得住電解質的攻 擊，並抑制陰極材料滲漏到電解液中（這些過程終將使電池無法再充電）。這種新陰極材料將電池的壽命由最平常的平均五年工作壽命延長到十年，而且那也提升電 池的容量。這種電池也因為減少鈷的使用，將比目前的鋰離子電池更便宜。

鉛酸（Lead-acid）電池通常為大型裝置所用，因為它們多達十年的較長工作壽命，也因為它們的低成本。鋰離子電池的電力密度約為鉛酸電池的四倍，故它們的壽命能加倍且成本減少，它們將能在大型應用中取代傳統電池。

最近，鋰離子電池幾乎可在所有可攜式電子裝置中發現蹤跡，而這項新電池技術也許能夠「縮小」以便給這些小機件使用。這款電池目前仍是原型階段，不過日立預期那也許在 2011 年初即可供大規模的工業使用。

這 款新電池是在日本的 New Energy and Industrial Technology Development Organization（新能源・產業技術綜合開發機構）幫助下製造，而日立希望它在供生態永續產業（例如風力農場與電動車）使用的電池上的專注能幫助 它再度獲益。

更多日立原始（日文）資訊： http://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2010/04/0405a.html

※ 相關報導：

＊ 鋰電池陰極的重要突破
＊ 新充電方法大幅減少電池再充電時間
＊ 數位化量子電池將能量密度提升10 倍
＊ 紙電池或能供電給服裝與包裝材料中的電子裝置

電池輕量化：金屬結晶扮演效率改善的關鍵角色

中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/04/blog-post_19.html

A step toward lighter batteries: Metal catalysts play important role in improving efficiency
http://www.physorg.com/news189421942.html

By David L. Chandler, April 2, 2010

一個在 MIT 的研究團隊在某種技術上有了重大進展，那能將任何現存電池的能量密度提升多達三倍。

Yang Shao-Horn，MIT 機械工程暨材料科學與工程副教授，表示：有許多團體都正在進行鋰空氣電池（lithium-air batteries）的研究，那在能量密度上有很大的潛力達到巨大獲益。不過這裡卻缺乏對於「什麼樣電極材料能促進在這些電池中所發生的電化學反應」的理 解。

鋰氧（Lithium-oxygen，也稱為鋰空氣）電池在原理上類似鋰離子電池，那現在主宰可攜式電子器材的領域，同時也是電動車 的領導性競爭者。但因為鋰空氣電池在這樣的電池中，以基於碳之空氣電極還有空氣的流動取代沈重的慣用元件，所以這種電池本身能非常輕巧。這也是為何領導性 公司，包括 IBM 與 GM，堅持進行大規模研究倡議鋰空氣技術。

本週一篇發表在 Electrochemical and Solid-State Letters 期刊上的論文中，Shao-Horn 以及她某些學生以及訪問教授 Hubert Gasteiger，報告了一項研究，證明具有金或鉑作為催化劑的電極，展現出更高程度的活性，也因而比這些電池中簡單的碳電極有更高的效率。

此外，這項新研究替未來的、能導致更好電極材料的研究創造舞台，也許是金與鉑或其他金屬的合金，或是金屬氧化物，或較廉價的替代方案。

博 士生 Yi-Chun Lu，這篇論文的領導作者，解釋：該團隊已開發出一種方法來分析電池中不同催化劑的活性，而他們現在能建立在這項研究上以研究各種可能的材料。"我們將留 意不同的材料，並察看趨勢，" 她表示。"這樣的研究能讓我們確認統御催化劑活性的物理參數。最終，我們將能夠預測催化劑的行為。"

為何那很重要：能傳送許多能量的輕量電池對許多應用而言很重要 -- 例如，改善電動車的里程數。為了這個理由，即使是電池能量密度等級的適度增加 -- 在一定重量下所能傳送能量總數的量測 -- 都是重要進展。

下 一步：在開發一套能廣泛商業化的電池系統上，一項得要應付的問題是安全性。金屬形態的鋰，那在鋰空氣電池中使用，若有一絲一毫水份存在，將會是高度反應 性。那在目前的鋰離子電池中並不是個問題，因為基於碳的材料被用來當作負電極。Shao-Horn 表示，可在不需要使用金屬鋰的情況下應用相同的電池原理；她表示，反而能使用石墨或其他穩定的負電極材料，導致更安全的系統。

在鋰空氣電池能變成實際商業化產品前，有一些問題必定要被處理，她說。最大的問題是，若要開發一套在車輛或電動車上有用的系統，那必在經歷過足夠數量的充、放電循環後仍維持它的電力。

研究者也需要觀察充放電過程的化學細節，看看何種化合物產生以及在何處產生，還有它們如何與系統中其他化合物起反應。"我們在實理解這些反應如何發生上，仍在非常開始的階段，" Shao-Horn 說。

Gholam-Abbas Nazri，GM 研發中心的研究者，稱此研究："有趣且重要，" 並表示，在開發這項技術上，這對付一項重要的瓶頸：要找到有效的催化劑。這項研究 "對於催化劑角色的未來理解上，方向是正確的，" 而且那 "對於鋰空氣系統的未來理解與發展，也許有顯著地貢獻，" 他說。

雖然某些研 究鋰空氣電池的公司已表示他們將它視為一項十年發展計畫，但 Shao-Horn 表示，要預測花多久時間才能商業化仍嫌太早。"那是個非常有前景的領域，不過有許多科學與工程挑戰需要克服，" 她說。"如果那真的證明（有今日鋰離子電池）二到三倍的能量密度，" 她說，第一種應用很可是將會出現在電腦與手機等可攜式電子裝置上，那是高價物品，而且之後只有在成本減少的情況下才會應用在車輛上。

※ 相關報導（論文尚未刊載）：

＊ The Influence of Catalysts on Discharge and Charge Voltages of Rechargeable Li-Oxygen Batteries

Yi-Chun Lu, Hubert A. Gasteiger, Michael C. Parent,
Vazrik Chiloyan, Yang Shao-Horn. Electrochemical and
Solid-State Letters, 1 April 2010 (Vol.13, No.6).

＊ 多倫多大學的綠色催化劑可取代鉑族金屬
＊ 合成催化劑模仿自然的「氫經濟」
＊ 日立新鋰離子電池可維持十年
＊ 靈感來自電漿電視的數位量子電池
＊ 新充電方法大幅減少電池再充電時間
＊ 研究發現為何固體中的原子偏好某些結構

「人造葉子」的藍圖模仿大自然

中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/05/blog-post_14.html

Blueprint for 'artificial leaf' mimics Mother Nature
http://www.physorg.com/news188740600.html

March 25, 2010

科學家今天展示一種設計策略，藉此製造期盼已久的人造葉子，那能夠駕馭大自然在光合作用這種過程中，從日光與水產生能量的能力。這種新竅門，是基於自然葉子的化學與生物能力，可導致有效的人造葉子原型。他們宣稱，人造葉子能捕捉太陽能，並有效地利用它將水轉變成氫燃料。

他們已預定在本週舉行的第 239 屆 American Chemical Society (ACS) 國際會議中報告。這次會議上，約有 12,000 篇科學報告已排定進行簡報，是 2010 規模最大的科學聚會之一。

" 此概念也許為基於生物學典範之人造光合作用系統的設計帶來新願景，而且提供一種有效的原型，能利用永續的能源資源，" 范同祥（Tongxiang Fan）, Ph.D. 以及同僚張荻（Di Zhang）, Ph.D. 與周漢（Han Zhou，音譯）, Ph.D. 表示。他們屬於中國上海，上海交通大學金屬基複合材料國家重點實驗室（State Key Lab of Matrix Composites at Shanghai Jiaotong University）。

范指出，利用陽光將水分離成它的成份：氫與氧，是脫離目前對煤、石油與其 他傳統燃料的依賴，最有前途且永續的策略之一。當然燒時，這些燃料會釋出二氧化碳，主要溫室氣體。相較之下，氫的燃燒，只會形成水蒸汽。這項訴求正是經過 許多討論的「氫能經濟（Hydrogen Economy）」的中心，例如 Toyota 已開發出氫燃料車。然而，目前缺乏具成本效益的永續方法來製造氫。

范等人念玆在玆，決定要進一步觀察葉子，大自然的光合作用系統，並計畫 將其結構作為他們次世代人工系統的藍圖。並不太令人意外，綠葉的結構賦予他們極高的光收成（light-harvesting）效率。在他們的架構內，包 含負責將太陽能聚焦與引導至葉子之光收成部份以及其他功能的結構。

在發展人造的、葉子般結構的藍圖時，這些科學家決定模仿大自然的設計。 這導致他們報告他們的「人造無機葉（Artificial Inorganic Leaf，AIL，人造無機樹葉、人工無機葉）」，那基於自然的葉子與二氧化鈦（TiO2） -- 這種化學物質已被確認為氫生產的光催化劑。

這 些科學家首先在一種二階段過程中使二氧化鈦滲入野棉花（Anemone vitifolia，小白頭翁，一種中國原生植物，屬於銀蓮花屬）的葉子中。利用先進的光譜學技術，這些科學家接著能證實，葉中有利於光收成的結構化特徵 已複製在新的二氧化鈦構造中。令人振奮的是， AIL 在氫的製造上比那些以這種方式「生物模板化（biotemplated）」的二氧化鈦更加活躍八倍。AILs 也比商業化的光催化劑更加活躍三倍。接著，科學家們將鉑的奈米粒子嵌入葉狀結構中。鉑，以及可在天然葉子中發現的氮，協助使人造葉的活性增加額外的十倍。

在 他的 ACS 簡報中，范報告人造無機葉製造的種種面向，他們的光譜學使他們更了解光催化劑的巨觀與微觀結構，以及與先前所報告系統的比較。這些新「葉子」的活性顯然高 於其他利用傳統方法所製備的。范將這些結果歸因於源自自然葉子的階層式（hierarchical）結構：

"在朝著基於自然典範 -- 尤其是基於結構性設計的探索與模仿 -- 之新人造太陽能轉能（transduction）系統的邁進上，我們的結果也許代表了重要的第一步。大自然仍有許多東西能教我們，而人類的心靈手巧能夠修改自然系統的原理以強化效用。"

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MIT 示範無線電力傳輸

‧MIT 示範無線電力傳輸
Goodbye wires... MIT experimentally demonstrates wireless power transfer

http://www.physorg.com/news100445957.html

想像這麼一種未來，在其中無線電力傳輸確實可行：手機、家事機器人、mp3 player、筆電以及其他可攜式裝置都能夠自行充電，而不在需要插入插座，讓我們從不可更改的、到處存在的電線當中解放。某些裝置當中，或許不在需要厚重的電池來運作。

MIT 物理系、電子工程系與電腦科學系與 ISN（軍事奈米科技研究所）所組成的一個團隊，已經實驗性的示範了達到這種未來願景相當重要的一步。該團隊由 Marin Soljacic 教授領軍，由於從最近的理論性質預言獲得領悟，他們能夠從離電源 2 公尺之外的地點點亮一顆 60W 的燈泡，兩者之間並沒有物理性連接。MIT 將其概念稱為 WiTricity（wireless electricity 的簡稱）。這項研究將會在 6/7 該期的 Science Express 上報導，亦即 Science 的線上優先發表版。

故事開始於幾年年的一個夜晚，Soljacic（發音：蘇業齊）穿著他的睡衣，凝視放在廚房角落的手機。"那個月我被手機的嗶聲提醒約六次，讓我知道我又忘了充電了。如果它能夠自行充電那對我而言真的很棒。" 為了讓這件事能夠成功，必須要找到一種方式以無線方式傳輸電力，所以 Soljacic 開始考慮關於哪種物理現象能夠讓此事成真。

幾世紀以來我們已知數種無線傳輸電力的方式。或許最為人所知的例子是電磁輻射，例如無線電波。雖然這種輻射對於資訊的無線傳輸十分理想，不過對於電力傳輸則否。因為輻射會朝各個方向四散，所以在自由空間中，電力必定會大量消耗。你或許會想到可以使用指向性電磁波輻射，例如雷射，不過那並不太實用，而且甚至會有危險。它需要傳送與接收端之間，不被攔截的 "視直線（line-of-sight）"，且當裝置會移動時，更需要老練的尋跡機制（tracking mechanism）。

相較之下，WiTricity 使用耦合共振物體（coupled resonant objects）。具有相同頻率的二個共振物體，能有效的交換能量，而且與外來非共振物體的互動微弱。擺動（swing）是共振機制的其中一種，所以當小女孩以自然的頻率使擺動動她的腳，她能夠傳送真實的能量。

另一個例子是聲學共振：想像一間有 100 個獨立酒杯的房間，每一個裝了不同程度的酒，所以它們有不同的共振頻率。如果一位歌劇演唱者在此房間當中發出夠大的單音，頻率相符的酒杯將會累積足夠的能量，甚至爆裂，而這不會影響其他玻璃杯。在任何耦合共振的系統中，它們之間通常存有一種稱為 "強烈耦合（strongly coupled）" 的運作區（regime of operation）。如果能在一個系統當中確保在此區域內運作，能量傳遞將十分有效率。

由於這些情況對於各種種類的共振一體適用，MIT 的團隊聚焦在特定的類型上：帶磁性耦合共振器（magnetically coupled resonators）。該團隊探索一個具有二個電磁共振器的系統，大部分都是透過其磁場耦合在一起；它們能確認出該系統之中的強烈耦合區，即便二個共振物體的距離比其尺寸要大上好幾倍。透過此法，能有效傳輸電力。磁性耦合特別適合日常運用，因為大部分常見物質與磁場的互動十分微弱，故與環境外部物體的互動甚至會更加被壓抑。"磁場互動如此微弱的這項事實，對於有機生物的安全考量來說來說十分重要，" Kurs，物理系的畢業生指出這點。

研究用設計由二個銅線圈構成，每一個都是自我共振系統。一個線圈接上電源，成為發送端。它並非在環境中佈滿電磁波，相反的，它以非輻射磁場，在百萬 Hz 的頻率震動。這種非輻射場會與另一個線圈（接收端）交換能量，它特別設計成會與這個場共振。

共振的天性可確保發送與接收端的互動強健，同時與其他環境的互動微弱。Moffatt，MIT 的物理系學生解釋："使用非輻射場的關鍵優勢在於大部分未被接收線圈拾取的能量都仍束縛在傳送端，而不會輻射到環境當中而喪失。" 透過這種設計，電力傳輸有其範圍限制，而且尺寸較小的的接收者，其距離會比較短。然而，對於筆電大小的線圈，其電力等級，在房間般大小的距離下，綽綽有餘，且沒有方向限制，即便二方線圈在非視直線範圍內亦可。Fisher 指出："As long as the laptop is in a room equipped with a source of such wireless power, it would charge automatically, without having to be plugged in. In fact, it would not even need a battery to operate inside of such a room." 最後，這可以減少我們對於高價、沈重電池的依賴。如同電子電機系畢業生 Karalis 所提到的，磁性耦合共振的效率要比一般共振磁力的引介要有效 100 萬倍。

WiTricity 是以眾所皆知的物理定律來運作，為何之前都沒有人想到呢？Joannopoulos 指出是因為大家過去對此模式的系統需求並不強烈，因此也沒有動機去探究的緣故。並提到過去數年來因為可攜式裝置大量增加，導致需要充電的需求也大增。

至於 Soljacic 該研究的希望是... "Hopefully, we will be getting rid of some more wires, and also batteries, soon."

※ 不過應當規範出一個標準，才不會製造出具有相同共振能力的產品，特 別是醫療用途的產品。另外敵軍也可能利用這種原理來破壞具有相同共振能力的設備。

＊ Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1143254
Andre Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, J. D.
Joannopoulos, Peter Fisher, Marin Soljacic
Science Express Published Online June 7, 2007
DOI: 10.1126/science.1143254

＊ 可無線傳遞電力的塑膠薄片

俄羅斯發明可利用星光能源的電池

‧俄羅斯發明可利用星光能源的電池

簡長盛 2006-05-26（法新社莫斯科二十五日電）

俄羅斯都布納核子研究所所所長薩莫伊洛夫今天說，他們已發明一種新電池，它不僅可以利用太陽光作為能源，而且也能利用星光作為能源。

薩莫伊洛夫說：「科學家已成功的創造一種新的物質，它可以讓電池在地球上，不受天氣情況影響，同時利用太陽能或是星光作為能源。」

他告訴伊塔塔斯社：「這種電池全世界是獨一無二。」他解釋說，這種電池可以一天二十四小時運作，在將光轉變為能源的效率上，是一般太陽能電池的一倍。

薩莫伊洛夫並且說，這種新的電池較一片太陽能板便宜。

便宜、簡單的太陽能板製程

Researchers develop inexpensive, easy process to produce solar panels

http://www.physorg.com/news103997338.html

July 18, 2007

紐澤西理工學院的研究者開發一種廉價的太陽能電池，它可以「塗」或「印」在可彎曲的塑膠片。

"製程相當簡單，" 領導研究者與作者，Somenath Mitra 教授表示，他同時也是 NJIT 化學與環境科學系的代系主任。"將來有一天家長也能夠用家中廉價的噴墨印表機噴出這些太陽能電池。消費者也能將完成品塗在牆上、屋頂或廣告看板上，創造出自己的發電站。"

"以富勒烯 -- 單壁奈米碳管錯合物作為聚合物形成大量（bulk）異質結構（heterojunction）太陽能電池（PV cells），" 成為 Journal of Materials Chemistry 2007 7/27 該期的封面故事，詳述其製程。

使用太陽能電池直接從充沛的太陽輻射取得能量，逐漸成為未來全球能源策略的主要構成要素，Mitra 說。然而，要開始駕馭再生能源時，會發現挑戰依舊。昂貴、大規模的基礎建設，例如風車或水壩，對於驅動再生能源（如風力發電廠、水力發電廠）是必備品。純化過的矽，也用來製造電腦晶片，是製造傳統太陽能電池的核心材料。然而，材料的加工，例如將矽純化，對於大多數消費者來說遠在能力所及之外。

"然而，從聚合物開發有機太陽能電池，是一項便宜且具有潛力的替代選擇，" Mitra 說。"我們可預見我們的研究會受到很大的關注，因為太陽能電池可廉價的列印或單單塗在建築物外牆或是屋頂上。"

"想像將來有天開著你的混合車，車頂塗了太陽能板，它產生電力驅動引擎。機會無窮呀！"

該技術運作方式像這樣。日光落在有機太陽能電池上以後，能量會產生正電荷與負電荷。如果電荷可以被分離然後送往不同的電極，就會產生電流。如果沒有，能量就浪費掉了。將太陽能電池以電子方式連結，就形成所謂的太陽能板，就像現在可以在許多屋頂上看見的那樣。太陽能電池與太陽能板的尺寸各異。太陽能電池可從 1 ,, 到數英尺；太陽能板則沒有大小限制。

NJIT 所開發的太陽能電池用到奈米碳管錯合物，順便一提，那是碳以圓桶型構成的分子。Nanotube（奈米(碳)管）這個名字是源自於 tube（管）的微小尺寸。奈米管比人類頭髮還要小上 5 萬倍。然而，光一根奈米管的導電性就能比任何傳統導線還要好。"事實上，奈米管的導電性還要比銅好很多，" Mitra 補充。

Mitra 與他的研究團隊將奈米碳管與細微的碳巴克球（Buckyballs，即富勒烯，fullerenes，碳六十）結合在一起，形成像蛇一樣的結構。巴克球可捕捉電子，然而它無法產生電流。讓陽光刺激這個聚合物，巴克球就會抓住電子。奈米管，行為就如同銅線一般，將使電子或電流流動。

"在有機太陽能電池中使用這種獨特的結合，可增強未來塗佈式太陽能電池的效率，" Mitra 說。"有朝一日，我希望看見這個製程變成一種便宜的能源，成為世界各地家庭用戶的替代選擇。"

※ 他的感光層材料（C60–SWCNT）是用微波誘導合成的：

＊ A fullerene–single wall carbon nanotube complex for polymer
bulk heterojunction photovoltaic cells
http://www.rsc.org/Publishing/Journals/JM/article.asp?doi=b618518e
Cheng Li, Yuhong Chen, Yubing Wang, Zafar Iqbal, Manish
Chhowalla and Somenath Mitra
J. Mater. Chem., 2007, 17, 2406 - 2411,
DOI: 10.1039/b618518e

A novel immobilized fullerene–single wall carbon nanotube (C60–SWCNT) complex was synthesized via a microwave induced functionalization approach. It has been used as a component of the photoactive layer in a bulk heterojunction photovoltaic cell. As compared to a control device with only C60, the addition of SWCNTs resulted in an improvement of both the short circuit current density JSC and the fill factor (FF). This device takes advantage of the electron accepting feature of C60 and the high electron transport capability of SWCNTs. The results indicate that C60 decorated SWCNTs are promising additives for performance enhancement of polymer photovoltaic cells.

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