将电能转为热能很容易，比如吹风机、烤面包机，但要将热能转为电能就没那么简单，美国桑迪亚国家实验室（SNL）科学家最近开发出一种基于硅的微型设备，能有效把废热转化为直流电。团队预估，5 年内新技术或许可以成为放射性同位素热电机的良好替代品。
我们已经有能应用在市场上的热电发电机，但其使用仍受限于材料成本及技术复杂性考量，科学家因此不断在尝试开发各种新的热电设备，比如一个加州大学团队结合镍-铁坡莫合金（nickel-iron Permalloy）与硅的热电设备，可以整合至电脑芯片中；加州大学柏克莱分校团队则开发出收集废热并转化成电力的奈米材质薄膜等。
有一种放射性同位素热电机（radioisotope thermoelectric generators，RTGs），是利用放射性衰变获得能量的发电机，以热电偶阵列（应用了西贝克效应）接收合适放射性物质，在衰变时所放出热量再将其转成电能，常见用于人造卫星、太空探测器与无人遥控设备等，比如美国太空总署（NASA）的火星探测车“好奇号”，就是采用放射性同位素热电机能源系统，将钚-238 在自然衰变过程中释放出来的热转换成电力。
最近，美国桑迪亚国家实验室物理学家 Paul Davids 团队也开发出从废热回收能量的新方法，他们的技术为紧凑型红外电源供应（compact infrared power supply），将铝、硅、二氧化硅（玻璃）等丰富材料以非常罕见的方式结合而成，或许有机会取代放射性同位素热电机。
新装置比小拇指指甲还要小片，长宽各约 0.3 公分，厚度只有美国 10 美分硬币的一半，带有金属光泽。装置顶部为刻有条纹的铝材料，宽度比人的头发还要小 20 倍，就是这小到人眼看不到的图案，可以成为捕捉红外辐射的天线。
在铝和底部硅中间为非常薄的二氧化硅层，厚度大约 20 个硅原子，或者说比人类头发薄 16,000 倍，经过蚀刻的铝天线会将红外辐射引导至该薄层中，被二氧化硅捕获的红外辐射产生极快电振荡，每秒约 50 兆次，以一种不对称运动在铝和硅之间来回推动电子，该过程称为整流，可产生直流电。
团队将这种固体设备命为红外校正天线（infrared rectenna），不必直接接触热源导致热应力（thermal stress）产生，采用与积体电路（integrated circuit）业相同的制造流程，只要技术成熟了，随时可以进一步商业化。
目前，装置功率在红外线加热灯的照射下为 8 nW/cm2，团队还有许多改进想法，希望增加每单位面积的功率输出，比如在更薄的硅芯片上制作红外校正天线，以最大减少因电阻引起的功率损耗。
虽然打造新装置也不是那么容易，团队自认最大挑战之一是在硅中掺杂少量其他元素以反射红外光，但 Paul Davids 相信，5 年内，红外校正天线就可能成为 RTG 的良好替代品。新研究发表于《Physical Review Applied》期刊。
- Generating electrical power from waste heat
（首图来源：桑迪亚国家实验室）
延伸阅读：
- 镍-铁坡莫合金与硅组合，科学家开发高效热电设备
- 不浪费低温废热，新型奈米薄膜回收发电
