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无线电为手机充电可行吗

作者:陈庆修 来源:光明日报 日期:2016年07月18日 09:19

智能手机为人们的生活带来极大的便利,但其电池续航力却显得美中不足。一旦忘了补充电量,它就会罢工。能否让它得到源源不断的电能供应呢?

在现实生活中,能量其实无所不在,这些能量主要包括光照、温差、运动或振动、电磁波等。目前,从周围环境中收集能量,主要难处有两点:一是找到 如何转化和储存能量的方法以便持续使用,例如太阳能这类能源并非随时可用,既需要转化,又需要贮存;二是如何将相应的集能芯片做得小巧,以便整合到电子设 备中。环境能源利用技术大多围绕这两个方面深入开发。

收集电磁波中的能量

目前市场上的集能芯片主要有:以动作或运动为基础,将动能转化为电能的动能型芯片,据研究步行1万步、骑自行车1小时、跑步30分钟所产生的电 量可供智能手机、智能手表、运动手环分别使用3小时、24小时、72小时以上。光能型芯片是利用光电效应,将太阳能直接转变为电能。太阳能发电被称为最理 想的能源,只是由于太阳能光板面积大,难以整合到用电设备中,加之受日光照射的限制,阴天和夜晚没法用,其不足之处十分明显。

磁能型芯片就是收集电磁波包括无线电波和光波中的能量。无线电本身就是能量,它有着多种应用形式,包括无线数据网,各种移动通信以及无线电广播 等。利用电磁感应可以从无线电波中收集能量。由于无线电波广泛存在,尤其是电子设备周围无线电波强度相对更大,从无线电波中收集能量,对于低能耗电子器件 来说应用前景十分广泛。

收集手机本身发射的无线电

以往,从无线电波中收集能量所用的是偶极贴片天线,但由于它收集电能的效率实在太低,基本上没有实际应用价值。为了解决这个问题,有研究人员尝 试采用多频段天线,从广谱无线电波段中汲取能量,将具备一定强度的电磁波和无线电信号转化为直流电,甚至能从手机、电脑设备本身发射出的无线电信号中收集 能量。

多频段天线能够探测、利用和反射无线电波,既能避免电量过多浪费在信号发射上,也能大幅增加智能设备的电池续航力。目前利用多频段天线收集的能量可达到5毫瓦左右。

如果进一步提高收集效率,将收集功率提升到20毫瓦,这样就可为手机、传感器、可穿戴设备、麦克风等低能耗电子设备供电。当然,低水平的能量收 集,不会影响手机通话或数据传递的质量,其存在的问题主要是随着无线电频率发生变化所汲取的能量大小会上下起伏,距离信号源越近通常能量越强。

或可不间断提供电能

新的研究发现,利用超构材料能够大幅提高从无线电波中收集能量的效率。超构材料是一种人工层状材料,它由在材料表面蚀刻周期性图案而形成。这些 图案特有的尺寸和彼此相邻的特点可使能量吸收率接近100%。这是一种比传统天线更有效的能量收集方式。由于超构表面技术对于电磁能的吸收率比传统天线高 得多,因此可以大幅度地减少收集能量所需的表面积。这可以缩小电池的体积,更容易整合到各种小型无线电子器件中。

从无线电波中收集能量有望在很多领域得到应用,包括可穿戴设备、智能家居、传感器等需要不间断供电的设备设施,尤其难能可贵的是利用这项技术的 智能传感器可以永久性植入建筑物或人们不便打开的设施中,如植入桥梁,用于监视钢筋混凝土的健康状况,一旦发现裂缝便发出警报。

总之,从周围环境中收集能量有其独到的用途,从无线电波中汲取电能对于那些需要不间断供电的低能耗设备来说如虎添翼,作为一项很有吸引力的前沿技术,人们自然对其未来充满期待。


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