奈米天線

組員 :49914066 林羿叡 49914084 蔡宗軒

介紹•奈米天線的目標是吸收能量輻射中的中紅外線

（ mid-infrared ）產生電能。紅外線是到處都有的一種能量形式，比如太陽輻射中有，而在工業製造過程中，如燃煤發電廠，也能產生這種能量形式。紅外線可分為遠、中和近紅外線，而地球白天從太陽吸收能量之後不分晝夜、持續發散的熱輻射就屬於中紅外線。相比之下，傳統的太陽能電池被侷限在只能白天吸收光線，天黑後就不起作用了。所以，奈米天線在吸收太陽能上較傳統太陽能電池具有更大優勢。

原理 入射電磁輻射（磁通）在有限的天線陣列結構產生駐波電流。在設

計了共振頻率的天線，吸收了傳入電磁輻射能量，被激發到天線的共振模式，它誘導金屬天線中的自由電子運動。自由電子沿天線產生交流電在相同的頻率共振。電磁建模說明當前流量往天線電點，在一個平衡的天線電點位於上面的點的最低阻抗。

圖 1 所表示的是照射紅外線的螺旋天線的特性 紅色代表最高濃度的電場，在中心的饋電點 用來收集能源以及傳送到其他轉換電路

小規模概念證明• 用實驗室規模的矽晶片原型來證明原件的概念，佛羅里達中央大學轉

包。採用電子束光刻（ EBL ）製造陣列環形天線的電介質和金屬結構用半導體襯底。

圖 2 為一個方形 槽紅外線 FSS( 頻率選擇面 ) 的製造流程。• 電子束光刻提供了一個方便的方式來有系統的調查尺寸、間距。然而

受限於成本，不適合用於大規模製造。

圖 2

大面積製造•MicroContinuum 公司率先使用先進的

R2R( 連續卷軸式 ) 成形技術，使用富有經濟效益的 Thz 纖維材料，這是一種快速、廉價的生產技術。

•原理是以具微奈米結構滾輪在可撓性基材上 , 以連續性滾壓複製的方式生產大面積具備微奈米結構的功能性元件

•用這種技術可以大面積且連續性的生產奈米天線。

•圖 3藉由將天線連結起來進一步增加輸出功率能力。

圖 3

有發展成為「冷卻裝置」的潛力

奈米天線吸收紅外輻射的能力，使它們有機會成為未來的冷卻裝置，可以不使用電力就從建築物或電子產品吸收餘熱。因為大部份的工業都會以發放紅外線的方式散熱，而這些能量通常白白被浪費了。奈米天線可收集這些輻射線並重新以無害波長的形式放出能量，這在能源價格高漲的今天特別有意義。這樣的系統不像目前使用的空氣冷卻設備或電風扇等散熱裝置那樣，還得須要外接電源。

尚待突破的技術問題•奈米天線所收集的能量要轉換成實用的電力還需要更多先進技術的輔助，因為紅外線會在奈米天線產生出交流電，使得奈米天線每秒振盪頻率達數兆次，需要一個整流器將交流電轉換為直流電，而目前的整流器不能處理這麼高的頻率。研究人員還須設計出奈米整流器來搭配奈米天線使用，而且奈米整流器必須比目前的商業整流器小1000倍才行，同時也需要新的製造技術。另一種可能是開發新型電路，將高頻電流減緩到可用的頻率。

奈米天線的應用•這項技術的應用是非常多樣的。使用奈米天線接

收，並結合適當的整流元件，可以被整合到消費電子設備中。

•可大規模製造應用，例如，可以覆蓋建築物的屋頂，或被製造成輕量級的「外殼」，可為混合動力汽車、手機、 iPods等電子產品，提供一個連續、廉價的再生能源。

圖 4

參考文獻• 奈米天線 - 能源應用http://goooqle-money.blogspot.tw/2012/11/nano-antennas-application-and-its-future.html【創意】打太陽的主意 奈米天線讓夜晚也有太陽能

新太陽能：彈性奈米天線陣列捕捉大量紅外光http://only-perception.blogspot.tw/2008/08/blog-post_16.html夜晚的太陽能http://www.brainnew.com.tw/Article/nasp2008/Popu011408.htm

SOLAR NANTENNA ELECTROMAGNETIC COLLECTORShttp://www.inl.gov/pdfs/nantenna.pdf