声电我自己找的资料.docx

炉灶上面能加上什么其他的功能？说出来或许会让不少人大吃一惊。把炉灶、电冰箱和发电机整合在一起！怎么样？够创意吧？虽然现代科技已经产生出了各种各样的高效率的燃具，但是仍然有很多人在使用木头作为燃料，这种方法不仅效率低下，还会产生有害气体。但是要彻底改变这种现状并不是一朝一夕的事情，又很多问题需要解决。所以科学家们就想出了这样一套设备来尽量提高它的能源利用率。这套设备是基于热声技术（thermoacoustic technology）开发的：在木头燃烧供热的同时，将多余的气体和热量通过特殊的管道导出并且产生汽笛声，通过线性交流发电机（linear alternator）将声音转化为电力，供应冰箱的正常运转。虽然这样并不能彻底达到无烟的标准，但是对于全世界众多的使用木头为燃料的地区，这无疑也是一项比较实用的技术。该项目由来自多个研究机构的研究人员共同参与。其中Los Alamos实验室发挥了最为主要的作用，参与项目的研究机构还包括英国的诺丁汉大学、曼彻斯特大学、帝国理工学院、伦敦大学女王学院等，来自香港的GP声学也提供了很多相关的支持。声音可以振动麦克风或扬声器的音膜，音膜进一步推动线圈切割磁力线而产生电流，不过只是微乎其微的电流罢了，所谓的“声音发电”现实中还不具备利用的价值。日前，移动巨头Orange公司设计出一款能通过收集声音发电的T恤（Sound Charge Shirt）。该T恤中间有一块A4大小的压电转换薄膜，就像一个大话筒，能吸收声波，然后将之转换成电力储存起来。据了解，只要周围的声音超过80分贝，就能产生6W的电力，用来临时充充电还是相当不错的。想象一下，手机可以在谈话时充电，高速公路附近的隔音壁也可利用过往车辆的声音发电。自驱动系统有许多途径可利用环境中的能量，可采用光电、热电、压电（piezoelectric）效应，现在这些都已经得到深入的研究。其中，最近集中进行的一项创新研究，是把外部机械刺激，比如机体（人类或动物）运动、气体流动、心跳、血液流动、超声波等刺激，转变为电能，这就形成了压电动力驱动的无线自驱动系统。这样的压电发电技术试图捕捉系统周围通常被浪费的能量，将它转化为有用的电能，以运行电器装置。图解：基于氧化锌纳米线的声驱压电纳米发电机及其发电性能。涂有物理传递接入单元（PdAu）的弹性的光电扫描（PES）基质，既用作上电极又用作振动板，被安装在氧化锌纳米线阵列上来源：三星先进技术研究所韩国纳米技术研究团体新的研究表明，可以用声音作为动力源，来驱动基于压电纳米线的纳米发电机。“日常生活中，我们处在讲话、噪音或音乐等声音的包围之中，”金钟民（Jong Min Kim）博士说，他是三星先进技术研究所（SAIT）前沿研究实验室主任，而金桑乌（Sang-Woo Kim ）是成均馆大学（Sungkyunkwan University）先进材料科学与工程学校的教授。他说，“但是声音是一种机械能，有可能被用作一种压电发电的能量源。应该有办法把讲话、音乐或噪音发出的声音能量转化为电。这就激励我们去实现用声音驱动的纳米发电机发电，这种发电机是基于压电氧化锌（zinc oxide）纳米线的。”“声音是一种常规机械振动，以波的形式穿越物质。”金教授解释说。“在周围空气中传播的纵向声波即压缩波产生于偏离平衡压力的交变压力波，这种波导致局部区域的压缩和稀薄化。在我们的研究中，输入的声音强度是 100分贝（一般谈话大约是60-70分贝）。相较于其他机械能量源，比如心跳、血液流动等运动，声音机械能用来发电很难，因为使用的是传统的基于压电换能器（PZT：Piezoe-lectric Transducer）的块状或薄膜压电能量收集机。”为克服这个困难，研究小组采用了氧化锌纳米线，这是一种压电纳米材料，可形成对声音能量更灵敏的反应。声波用来震动上接触电极，通过整齐的纵向氧化锌纳米线产生电位。当强度为 100分贝的声音应用于纳米发电机时，纳米发电机就可产生大约50 mV的AC输出电压。在这项工作的初始阶段，研究人员正在努力解决的问题，是如何有效和直接地把声音能量传输到纳米线，形成纳米线的压缩和释放。他们想出解决方案是当前的装置结构，声波可以撞击涂有钯/金的上电极，一种弹性塑料基质，从而形成与氧化锌纳米线的肖特基（Schottky）连接形式。此外，涂有钯/金的弹性电极也可作为声音振动板，所以，弹性电极的机械振动产生于声波，又直接转移到垂直对齐的纳米线。“不过，”金教授说，“塑料基质的表面粗糙度并不完全一致。因此，输出性能会变化很大，因为，这种粗糙度可能会影响氧化锌纳米线与上电极的接触。此外，从这一运行中获得的50 mV并没有多少电。我们相信，我们可以制成更高效的声驱纳米发电机，因为可以把氧化锌纳米线这种新型压电纳米材料替换为压电系数更高的材料。”声驱发电机的应用是很多的。声音发电适于各种新颖的应用，比如，手机可以在对话时充电，高速公路附近的隔音墙可利用过往车辆的声音发电。后一项技术的开发会有额外的好处，可吸收车辆声能，从而降低高速公路附近的噪声水平。目前，研究小组最大的问题是其装置的发电性能。“当然，”金教授说，“当前输出性能已足可以用于各种低功耗电子设备，比如自驱动传感器、电子纸，或肌体植入式微小器件。然而，如果我们能大大提高纳米发电机的输出性能，那将极大地影响绿色能源领域。正因为如此，我们和其他人都在努力寻找具有更高压电性能的新材料，以克服氧化锌的局限性，并且最终设计改进的纳米发电机，使它具有更高的压电性能。”“声雷”发电机结构图 “声雷”发电机可以根据需要拼装成不同形状 连成片的“声雷”发电机 城市里的噪声污染是我们每天都要面对的令人头疼的问题。你有没有想过把这些噪声利用起来？最近，韩国研究人员发明了一种“声雷”噪声发电机，在有效消除噪声的同时，还可以利用这些噪声来发电，为节能减排做出特殊的贡献。噪声主要来源于城市的道路、车站、码头、机场、体育场和工地。为了减少噪声对市民健康的危害，一些城市在噪声源的周围（比如道路两旁）安装了隔音屏。但是，隔音屏的效果并不好，因为它们只能阻挡噪声向周边扩散，而不能有效消除噪声。英国剑桥大学研究人员对隔音屏进行研究后发现，当噪声冲击隔音屏时，会让隔音屏产生轻微的振动，会产生危害性更大的次声波。目前，韩国研究人员金智勋等人利用剑桥大学的研究成果，并利用人耳吸收声波的原理，制造出了仿照人耳吸收声音的鼓膜的噪声发电机。这种发电机是一种名为“声雷”（Sonea）的概念机，外表像一个盒子，长宽各45厘米，厚8厘米，净重7公斤。这个概念机内储存有碳酸盐、丙烯腈等化学物质，可以将噪声冲击波对仿生鼓膜的振动能转化为化学能储存起来，当和电器相连时就可释放出电能。“声雷”发电机可以利用带状的电源线相互串联在一起，也可以按照需求进行组装，尽可能地吸收更多的噪声。它们就像是一些特大号的电池一样，在需要的时候可以释放出电能，目前已经可以为手机、电视机和笔记本电脑等电器供电。研究人员希望进一步改进它们的发明，希望能把长段的隔音屏改造为“声雷”发电机。研究人员表示，噪声的能量是很大的，一架噪声达到160分贝的喷气式飞机在20米之内的噪声功率可达到10千瓦，也就是说1小时可以发10度电。如果在机场安装噪声发电机，每天飞机起降产生的电能十分可观。在上海体育场观看比赛或演出，8万人一起欢呼或鼓掌，产生的能源是相当大的，噪声发电机可以有效利用这些能源。“城市让生活更美好”的前提之一是污染要少，消除噪声也是其中一项重要任务。由于噪声发电机能把噪声能转化为电能，就能有效地消除噪声，让安装了噪声发电机的马路变得安静许多。或许某一天我们看见马路上车来车往，却很少能听见它们的噪声。如果所有的公共场所都能安装噪声发电机，我们的城市将会安静许多。温度这个名词是因为我们天天听得到，所以不去问什么是温度的实质。温度是指一定环境下物体内分子或原子热运动的“速度”。比如气温就是指气体分子的运动速度。不过他们的运动是“热”运动，没有固定的方向，或者说物体内由于分子相互碰撞，能量相互传递，方向时时因碰撞而改变。故物体内分子运动很快达到同一运动速度“状态”。再说温度传递。两片具有温差的物体接近时，有两种方式可以形成“热”传递。或者说形成分子运动速度传递。第一是分子碰撞，温度低的速度慢，能量低。温度高的速度快。两者结合再一起，最终形成“中和”。第二种是“热辐射”，说到底就是“电磁辐射”。只是这种电磁辐射的波长要比可见光长一些，但温度高时发出的辐射就是“可见光”了。所以说在空间内“电磁辐射”是能量传递的最基本形式。物体只要在绝对零度以上就能向外界发射“电磁辐射”线。只是不同物体在不同温度下，电磁辐射的强度不同。温差就是指两种物体在接触时电磁辐射强度有差别。即物体间存在电磁场强度差别，即存在“电位差”或者说存在“电动势”，导线可以理解为“等势体”。这样温度不同的物体间接一导线，有“电流”产生就好理解了。“温差发电”就不奇怪了。温差发电将热能直接转化为电能，只有微小温差存在的情况下也能应用，是适用范围很广的绿色环保型能源它甚至能利用人的体热，为各种便携式设备供电，真正做到变废为宝。”华东理工大学机械工程学院涂善东教授、栾伟玲副教授认为，温差电技术正重新成为全球研究的热点，值得我国科学技术研究部门的重视。 就温差电技术的机理、该领域最新研究进展、进行推广应用的紧迫性和当前可能取得进展的突破点等问题，两位从事能源材料与设备技术研究的专家接受了本报记者的专访。 Seebeck效应 “温差发电通过热电转换材料得以实现，而检定热电转换材料的标志，在于它的三个基本效应：Peltier 效应、Seebeck效应和Thomson效应。”栾伟玲副教授说，正是这三个效应，奠定了热力学中热电理论的基础，也为热电转换材料的实际应用展示了广阔前景。其中，Seebeck效应是温差发电的基础。 1821年，德国人Seebeck发现，在两种不同金属（锑与铜）构成的回路中，如果两个接头处存在温度差，其周围就会出现磁场，又通过进一步实验发现回路中存在电动势。这一效应的发现，为测温热电偶、温差发电和温差电传感器的制作奠定了基础。 栾伟玲介绍，热电转换材料直接将热能转化为电能，是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质，因而在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄漏、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点，在军用电池、远程空间探测器、远距离通讯与导航、微电子等特殊应用领域具有“无可替代”的地位。在21