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将太赫兹波转化为直流电实现为手机充电

2020-04-03 15:05 次阅读

我们是不是厌烦了每天拿着电源线找插座为手机充电?好消息,科学家开发出一种设备,可以将Wi-Fi信号转换为电能,为手机充电。据美国麻省理工学院(MIT)官网近日报道,该校物理学家们构思出一个蓝图,他们相信有一个装置可以将周围环境中的太赫兹波转化为直流电。

将太赫兹波转化为直流电实现为手机充电

背景

任何发出Wi-Fi信号的装置也会发出太赫兹波。太赫兹波是一种频率介于微波与红外线之间的电磁波。几乎任何具有温度的东西,例如我们的身体以及我们周围无生命的物体,都会产生这些高频电磁波,也称为“T射线(T-rays)”。

我们日常生活中,到处都有太赫兹波,如果它们能得到利用,它们高度集中的能量有望成为一个替代的能源。我们可以想象,手机的附加装置被动吸收环境中的太赫兹波,并利用它们的能量为手机充电。然而,迄今为止,太赫兹波的能量一直都被浪费掉,因为没有切实可行的方法来采集它们,并将它们转化为任何可用的形式。

将太赫兹波转化为直流电实现为手机充电

创新

近日,美国麻省理工学院(MIT)的物理学家们构思出一个蓝图,他们相信有一个装置可以将周围环境中的太赫兹波转化为直流电。

他们的设计利用了量子力学,或者说是碳材料石墨烯的原子行为。他们发现,通过将石墨烯与另外一种材料(在这个案例中是氮化硼)结合到一起,石墨烯中的电子运动会向一个共同的方向倾斜。任何入射的太赫兹波都会“穿梭运输”石墨烯的电子,就像众多小型空中交通控制器一样,以直流电的形式从一个方向流过材料。

研究人员们将他们的研究成果发表在《科学进展(Science Advances)》杂志上,并正在与实验家们合作,将他们的设计转化为一个物理装置。

麻省理工学院材料研究实验室的博士后研究员、论文领导作者 Hiroki Isobe 表示:“我们被太赫兹波范围内的电磁波包围着。如果我们可以将那个能量转化为我们可以日常使用的能源,这将有助于应对我们正在面对的能源挑战。”

Isobe 的合著者包括:麻省理工学院物理系副教授 Liang Fu、前任麻省理工学院博士后研究员、现任哈佛大学化学系助理教授 Su-yang Xu。

技术

打破石墨烯的对称

过去十年,科学家们寻找了许多方法,来采集周围环境中的能量并将它转化为有用的电能。他们这么做主要是通过整流器,这种装置可以将电磁波从交流转化为直流。

大部分的整流器都是用于转化低频波例如无线电波,它们采用一个带二极管电路来生成一个电场,这个电场可以让无线电波以直流电的形式通过该装置。这些整流器只能工作在一个特定的频率下,不能达到太赫兹波的频率范围。

少数实验技术虽然已经能够将太赫兹波转化为直流电,但是必须在超冷的温度下才能实现,而这种超冷的温度在实际应用中难以实现。

Isobe 想知道,在量子力学层面,一种材料自己的电子是否可以被诱导向着一个方向流动,将太赫兹波转化为直流电流,从而取代在一个装置中施加一个外部电场将电磁波转化为直流电流的方法。

将太赫兹波转化为直流电实现为手机充电

这种材料必须非常洁净,或者说无杂质,从而使材料中的电子流过时不会在材料中产生不规则的散射。他发现,石墨烯是理想的原料。

为了引导石墨烯中的电子流向一个方向,他必须打破材料固有的对称性,或者说是物理学家们所称的“反演”。通常,石墨烯中的电子在它们之间感受到一种平等的力量,这意味着任何入射的能量都会让电子沿着所有方向对称地散射。Isobe 寻找方法以打破石墨烯的“反演”,并引发一个不对称的电流以响应入射的能量。

他翻阅文献发现,其他人已经用石墨烯作过实验,将石墨烯放置在一层氮化硼(由硼和氮两种原子组成的类似蜂巢的晶格)之上。他们发现,在这种排列中,石墨烯电子之间的力失去了平衡:靠近硼的电子感受到一定的力,而靠近氮的电子感受到一种不同的拖拽。总体的效果正如物理学家们所说的“斜散射(skew scattering)”,在这种机制中,电子云会使它们的运动向一个方向倾斜。

Isobe 对于石墨烯和下层的氮化硼等基底中的电子可能会散射的所有途径,以及这种电子散射将如何影响任何入射的电磁波,特别是太赫兹频率范围的那些,进行了系统的理论研究。

他发现,如果石墨烯相对纯净,电子会被入射的太赫兹波驱使,向一个方向倾斜,这种倾斜运动生成一个直流电流。如果石墨烯中存在太多的杂质。它们会成为电子云移动路径上的障碍,使这些云向所有的方向散射,而不是向一个方向运动。

Isobe 解释道:“在许多杂质的情况下,这个倾斜的运动最终会变成振荡,任何入射的太赫兹能量都会通过这种振荡而丧失。所以我们想要一种洁净的样本,以有效地获取倾斜的运动。”

一个方向

他们也发现,入射的太赫兹波能量越强,装置可以转化为直流电流的能量就越多。这意味着,转化太赫兹波的任何装置,应该也包括一种将这些波在进入装置之前聚集的方法。

考虑到所有这些,研究人员们制定了太赫兹整流器的蓝图,这种整流器由位于一层氮化硼之上的一个石墨烯小方块组成,像三明治一样夹在一个天线内,该天线将采集并聚集周围环境中的太赫兹辐射,把信号放大到足以将其转化为一个直流电流。

下图中的原理图来源于研究人员的论文。其中的绿色方块代表着位于另一种材料方块之上的石墨烯。红色线代表太赫兹波。蓝色三角形代表着围绕着方块的天线,采集太赫兹波并将这些波聚集至方块。

将太赫兹波转化为直流电实现为手机充电

Fu 表示:“除了不同的频率范围,这非常像一个太阳能电池,被动地采集并转化周围环境中的能量。”

价值

团队为这款新型“高频整流”设计申请了一项专利,而且研究人员们正在与麻省理工学院的实验物理学家们合作,开发一款基于他们的设计的物理装置。相比于之前需要工作在超冷温度条件下的太赫兹整流器和探测器,这款装置将能够工作在室温条件下。

Isobe 表示:“如果一个装置工作在室温条件下,我们就可以在许多便携式应用中使用它。”

他憧憬着,在不久的未来,太赫兹整流器可以为病人体内的植入物无线充电,而无需手术更换植入物的电池。这样的装置也可以转化周围环境中的Wi-Fi信号,为个人电子产品例如笔记本电脑和手机充电。

Fu 表示:“我们正在采用一种具有某些原子层面不对称性的量子材料,这种材料现在能被利用,开辟了许多可能性。”

责任编辑:gt

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3是一款同步降压转换器,经过优化,可为一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供不同的子系统。这些器件能够在外部可调电压下提供高达2 A的电流。采用3 MHz开关频率工作可以采用小尺寸电感和电容。输入电源电压前馈控制用于处理宽输入电压范围。同步整流可提高系统效率。 NCV6323采用节省空间的2.0 x 2.0 x 0.75 mm WDFN-8封装。 特性 优势 2.5 V至5.5 V输入电压范围 支持最新电池 3 MHz开关频率 降低输出电感和电容尺寸 最多2 A输出电流 应用 终端产品 计算&外围设备应用 消费类应用 USB供电设备 游戏和娱乐系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 00:02 84次 阅读
NCV6323 同步降压转换器 3 MHz 2 A.

LV5636VH 用于BS / CS天线的DC-DC升压转换器

VH集成了1ch DC / DC升压转换器和1ch LDO。它适合作为LCD / PDP电视和BD录像机的BS / CS天线的电源,当输出短路时需要自动恢复而不会造成IC损坏和故障。 特性 优势 提升模式:软启动功能(t = 2.6ms) 可降低冲击电流 升压:脉冲过电流保护功能 过电流保护 升压模式:短路保护功能(恒定定时器: 1.6ms) 短路保护 LDO模式:过流限制器(折返特性) 可以限制过电流 常见:欠压锁定 防止欠压不稳定运行 常见:热关闭 热保护 常见:电源良好功能加上电源良好延迟时间设置 稳定性操作 常见:输出电压可从两种电压中选择功能 可以选择输出电压 应用 终端产品 升压转换器连接的LDO功能 BS / CS抛物线天线的电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 00:02 142次 阅读
LV5636VH 用于BS / CS天线的DC-DC升压转换器

LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器

7是一款高电流双输出DC-DC转换器,可产生正电压和负电压。 LV52117特别适用于LCD显示器等电源应用。 特性 集成1.5MHz同步升压和逆变器转换器 2.75V至4.6V输入电压范围 4.6V至5.8V可调正输出(VDCO1) -5.8V至-4.6V可调负输出(VDCO2) 输出电流高达100mA 脉冲跳跃模式低负载条件 过流/短路保护 终端产品 液晶面板 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-30 00:02 90次 阅读
LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器

KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 103次 阅读
KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

NCV8720 LDO稳压器 350 mA 超低压降 高PSRR 带偏置轨

0是一款350 mA LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCV8720具有低IQ消耗。 NCV8720采用WDFN6 2 mm x 2 mm封装,可润湿侧面选项可用于增强光学检测。 类似产品: NCV8130 NCV8133 NCV8135 NCV8720 输出电流(A) 0.30 0.50 0.50 0.35 PSRR f = 1 kHz(dB) 65 70 73 65 压差电压(V) 0.075 0.140 0.053 0.110 Wettable Flank 否 否 是 是 特性 优势 Typ的超低压降。 110 mV 允许节省功耗,并以非常低的Vin-Vout电压工作。 固定输出电压选项从0.8 V到2.1 V 低压Vcore应用的最佳选择 典型的110 mV压降完整的350 mA负载。 最大限度地减少调节器的功率损耗 保证输出电流从0 mA到350 mA 高电流应用的最佳选择 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用程序 输出电流超过350 mA 应用 终端产品 Automot ive 电池供电...
发表于 07-29 23:02 107次 阅读
NCV8720 LDO稳压器 350 mA 超低压降 高PSRR 带偏置轨

NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了感应和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时+/- 0.9%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向保护 2.6 V至12 V电源范围 热关断保护 目前的限制 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 68次 阅读
NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...
发表于 07-29 22:02 175次 阅读
NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

NCP139 LDO稳压器 1 A 超低压降 带偏置轨

是1 A LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP139具有低IQ消耗。 WLCSP6 1.2 mm x 0.8 mmpackage经过优化,适用于空间受限的应用。 类似产品: NCP13x系列 NCP130 NCP133 NCP134 NCP135 NCP137 NCP139 输出电流(A) 0.3 0.5 0.5 0.5 0.7 PSRR f = 1kHz(dB) 70 70 td> 60 压差电压(V) 0.060 0.090 0.090 0.053 0.060 0.060 特性 优势 超低压降典型的。 40mV 允许节省功率并以非常低的Vin-Vout电压工作。 可调电压版本 低压Vcore应用的最佳选择 在1 A负载下典型的50 mV压降。 最大限度地减少调节器的功率损失 保证输出电流从0到1 非常好的选择用于高电流应用 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用 输出超过1 A的电流 输出有效可用的放电选项 应用 终端产品 电池供电和便携式设备 智能手机,...
发表于 07-29 22:02 181次 阅读
NCP139 LDO稳压器 1 A 超低压降 带偏置轨

NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

是一款线性稳压器,能够提供450 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:
发表于 07-29 21:02 157次 阅读
NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

V-A是一个1通道降压型开关稳压器。 特性 优势 不受负载影响的软启动电路。 电源电路稳定运行。 频率FOLD BACK为负时下垂。 过流保护 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻来检测。 过流保护 开启/关闭功能(启用控制) 可在外部启用控制 同步整流的1通道降压型开关稳压控制器方法 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 21:02 156次 阅读
LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 66次 阅读
NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 100次 阅读
NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲保护电路,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流保护 烧伤保护 热关闭 热保护 负载独立软启动电路 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 164次 阅读
LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 172次 阅读
NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 68次 阅读
NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 18:02 104次 阅读
NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 17:02 71次 阅读
NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口