研究提高效率和光整流天线的稳定性

研究团队宣布第一光学天线在2015现在是报告中的设备双重效率的提高和开关空气稳定的发光材料。改进可以使整流天线的电磁场在光学频率转换直接电电流操作的低功耗设备如温度传感器。

最终，研究人员相信他们的设备设计——碳纳米管天线和二极管整流器的组合——可以与传统的光伏技术相竞争，用以产生来自阳光和其他能源的电能。用于整流天线相同的技术也可以直接将热能转化为电能。

“这项工作需要一个巨大的飞跃的基本认识和实践效率的光学整流装置，说：”巴拉图德·克拉，在乔治亚理工学院的乔治W伍德拉夫机械工程学院副教授。”它开辟了这方面的技术，更多的研究者能与我们联手推进光学整流技术帮助电源的应用范围，包括空间飞行。”

这项研究发表在1月26日的《先进电子材料》杂志上。这项工作得到了美国陆军研究办公室下属的青年研究计划和美国国家科学基金会的支持。

光学整流天线通过耦合光的电磁场的天线，在这种情况下，多壁碳纳米管阵列的两端已打开。电磁场在天线中产生振荡，产生电子的交变流动。当电子流到达天线一端的峰值时，二极管关闭，捕获电子，然后重新打开以捕获下一个振荡，产生电流。

开关必须出现在太赫兹频率以匹配光。天线和二极管之间的连接必须提供最小的电阻，以使电子在打开的同时流过，但在闭合时防止泄漏。

“游戏的名称是最大限度地增加电子在碳纳米管中的兴奋，然后有一个开关，足够快，以捕捉他们在他们的高峰期，”可口可乐解释说。你切换的速度越快，你就可以在振荡的一侧捕捉到更多的电子。

为了提供低功函数——电子流动的便利——研究人员最初使用钙作为氧化物绝缘体中的金属-金属二极管结。而钙能够迅速分解在空气中，意义的设备必须被封装在操作过程中，在手套箱的制作。使光学整流天线都适合大多数应用制备困难。

So Cola, NSF Graduate Research Fellow Erik Anderson and Research Engineer Thomas Bougher replaced the calcium with aluminum and tried a variety of oxide materials on the carbon nanotubes before settling on a bilayer material composed of alumina (Al2O3) and hafnium dioxide (HfO2). 碳纳米管结的复合涂层是通过原子沉积过程产生的，它提供的是量子力学的电子隧穿特性，需要通过氧化物电子特性来代替金属，这使得具有比钙更高的工作功能的空气稳定金属。

整流天线的制作新的组合有长达一年的保持功能。可乐还说，其他金属氧化物也可以用。

研究人员还设计了电子隧穿过程中落下的山坡。这也有助于提高效率，并允许使用各种氧化物材料。新的设计也增加了二极管的不对称性，从而提高了效率。

“通过使用氧化物电子亲和力，我们能够增加不对称超过十倍，使这个二极管设计更具吸引力，”Cola说。这就是我们在这个新版本的设备中获得效率的真正原因。”

光学整流天线理论上可以与光伏材料将太阳光转换成电能的竞争。光伏材料使用不同的原理，即光子从某些材料的原子中发射电子。电子被收集成电流。

2015年9月在自然纳米技术杂志，可乐和bougher报道第一光学整流-设备已经提出40多年，但从来没有证明。

早期版本的杂志中报道产生的电力在微伏级。现在生产的电力整流在毫伏范围和转换效率已经从10（5）10（3）仍然很低，但显著增加。

“虽然仍有显著的改善空间，这使得电压范围在哪里你可以看到光整流天线操作的低功耗传感器，”可乐说。”有很多设备几何的步骤，你可能采取一些有用的光学天线今天在电压驱动需要设备不存在。”

可乐认为整流天线可以为物联网设备是有用的，特别是如果他们可以用来回收热能发电。将热转换为电能，其原理与在宽带碳纳米管天线场中捕获光的振荡相同。

他说：“人们一直对热电发电机感到兴奋，但在一个行之有效的系统中有许多局限性。”我们相信，整流天线技术将收获热经济的最佳途径。”

在今后的工作中，研究小组希望通过优化天线的操作，提高他们对作品的理解空间的理论，允许进一步的优化。有一天，可口可乐希望这些设备将有助于加速太空旅行，为推动太空船的电动推进器提供动力。

“我们的游戏是看碳纳米管光学整流天线在火星上工作，把我们带到Mars的飞船，”他说。