澳大利亞新南威爾士大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在能源領(lǐng)域取得了一項(xiàng)突破性進(jìn)展——成功研制出全球首個(gè)能在夜間發(fā)電的熱輻射二極管原型裝置。與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池依賴吸收太陽(yáng)光子產(chǎn)生電流的機(jī)制不同，這一裝置通過(guò)向更冷的環(huán)境發(fā)射紅外光子實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，開(kāi)辟了全新的發(fā)電路徑。

研究團(tuán)隊(duì)指出，地球表面與深空之間存在顯著溫差：夜晚地表溫度約15℃，而宇宙背景溫度接近絕對(duì)零度。這種溫差驅(qū)動(dòng)熱輻射二極管持續(xù)向外輻射熱量，并將熱能轉(zhuǎn)化為電能。實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)使用紅外相機(jī)觀測(cè)到地球夜間釋放的紅外輻射——這正是白天吸收的太陽(yáng)能在夜間以熱形式散發(fā)的表現(xiàn)，而熱輻射二極管首次實(shí)現(xiàn)了從這一過(guò)程中直接捕獲能量。

該裝置的核心材料為碲鎘汞，與夜視鏡技術(shù)同源。盡管當(dāng)前原型裝置的發(fā)電量?jī)H為傳統(tǒng)太陽(yáng)能板的十萬(wàn)分之一，僅能驅(qū)動(dòng)電子手表等微型設(shè)備，但理論計(jì)算顯示其性能有潛力提升1000倍，達(dá)到熱力學(xué)極限允許的水平。這一特性使其在太空應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。

在近地軌道，衛(wèi)星每90分鐘繞地球一周，其中45分鐘處于地球陰影中，期間依賴電池供電。熱輻射二極管可在衛(wèi)星黑暗期利用自身與深空的溫差持續(xù)發(fā)電，減少對(duì)電池的依賴，從而延長(zhǎng)衛(wèi)星壽命。對(duì)于月球永久陰影區(qū)或太陽(yáng)系外緣的探測(cè)器而言，這項(xiàng)技術(shù)更具革命性意義——當(dāng)前深空任務(wù)主要依賴笨重、昂貴且材料稀缺的放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)，而熱輻射二極管有望成為更輕量化的替代方案。

研究團(tuán)隊(duì)已獲得美國(guó)空軍資助，計(jì)劃于2026年通過(guò)高空氣球試驗(yàn)，在接近太空的環(huán)境中驗(yàn)證該技術(shù)的可行性。他們的目標(biāo)是兩年內(nèi)將熱輻射二極管送入軌道，完成首次在軌驗(yàn)證。這一時(shí)間表并非空談：1953年硅太陽(yáng)能電池在實(shí)驗(yàn)室完成驗(yàn)證后，僅用五年便應(yīng)用于第一顆太陽(yáng)能衛(wèi)星，熱輻射二極管有望復(fù)制這一發(fā)展速度。

然而，技術(shù)落地仍面臨挑戰(zhàn)。當(dāng)前使用的半導(dǎo)體材料需評(píng)估在高溫環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性——太空任務(wù)要求器件持續(xù)工作10至20年。為此，團(tuán)隊(duì)正探索與傳統(tǒng)光伏產(chǎn)業(yè)兼容的材料體系，以降低未來(lái)規(guī)模化制造的難度。如果研發(fā)順利，熱輻射二極管有望在未來(lái)五年內(nèi)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。

從科學(xué)意義上看，這一發(fā)明填補(bǔ)了光電器件電流-電壓特性曲線圖的第四象限空白。此前，該區(qū)域被認(rèn)為無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，而熱輻射二極管通過(guò)紅外輻射發(fā)電的機(jī)制，為基礎(chǔ)物理研究提供了新視角。從微型設(shè)備供電到衛(wèi)星能源系統(tǒng)革新，從地面廢熱回收利用到深空探測(cè)能源革新，這項(xiàng)技術(shù)正打開(kāi)一扇全新的能量轉(zhuǎn)換之門(mén)。