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微型发动机是一项在人类口袋中发生的工业革命
“喂,喂——”,很多时候,你急用手机时,却发现手机没电了。还有,你在宽敞的会议大厅,通过笔记本电脑向众多与会者展示你演讲的内容,正待高潮之时笔记本的桌面却跳出一个足以让你泄气的对话框:系统提示,电池电量过低……这些令我们措手不及的局面,让我们对这些电子产品电池的续航能力充满期待。而电池因其蓄电容量的先天不足,几乎没有太有效的办法来避免这样尴尬时候的出现。
不过这难不倒自许为地球上最为高等生物——人类。与生俱来征服挑战的劲头再一次显现出来,于是,就有人迎难而上,开始探索比电池更有效的小型动力装置。英国伯明翰大学制造和机械工程学院讲师、华裔科学家姜开春博士就做这样的尝试,他领导的研究小组,开发出一种职业几毫米大小的微型发动机。虽然,发动机的样子不甚起眼,大小也就小指甲盖左右,但它提供的能量却是普通电池的300倍哟。而且只要给它补充一次燃料,就能连续不断地工作几个月甚至一两年。
我们知道,电池自被发明以来,在电子设备的小型化和便携性方面一显身手,发挥了无可比拟的重要作用。但是,电池的蓄电量确实是其大有作为的死穴——为了使电子设备持续工作,我们必须经常更换电池或者为其充电。如此这般,电池在能量供应的持久性和连续性方面自然要败下阵来。此外,根据专家计算,制造一个电池所消耗的能量,要比电池本身所提供的能量大2000倍!如果在考虑到处理废旧电池所消耗的能量,以及生态环境的代价,那使用电池的成本就更高了。
电池这些不足,促使姜博士放弃了在电池容量上创新的想法,转而寻求开放新式发动机本身。在开发该发动机前,研究小组曾专门对不同类型的电池与燃油进行了比较,结果发现,在重量相同的情况下,汽油,氢等碳水化合物燃料提供的能量表现出明显的优势,平均为电池的300倍。这意味着,同是补充一次能源,使用微型发动机驱动的装置,要比电池驱动的装置工作时间长得多。
据此,他们开发了以碳水化合物为主要燃料的微型内炽机。与传统发动机在充满噪音的厂房里生产所不同的是,微型发动机是在研究机构的无尘室中制作完成的。为了承受发动机运转时产生的高达1000摄氏度的高温,他们在制造材料上选用了氧化铝和碳化硅。这两种材料都可以耐1500摄氏度以上的高温,这就为发动机安全运转提供了保证。
而在制作工艺上,他们采用了与生产大规模集成电路相似的技术。所不同的是,大规模集成电路要求元件做得越小越好,而用同样的工艺生产发动机,则需要尽量将配件做大。因为燃料在发动机内燃烧需要有一定的空间,空间太小燃料将无法点燃,这就要求发动机构件要保持一定的尺寸。为了实现这一点,他们采用了许多的新技术。其中最具特色的是他们独创的“大厚层光胶处理”技术。利用这项技术,现在它们加工的材料厚度已达到1毫米左右,这在世界上也是很先进的。为适应不同设备的需要,科学家还可以对这种发动机的输出功率进行调整。采用的方法不是生产大小不同的发动机,而是将几个同样规格的发动机连接起来输出不同的能量。比姐为手机提供能量可能一个发动机就够了,为笔记本电脑提供能量则需要将数个发动机连起来共同工作才行。
至于它的应用嘛,现在可期的是,除了可取代手机和笔记本电脑的电池外,在军事、医学和工程制造等领域同样有它的用武之地。比如,随着便携式电子设备的增多,本应轻装上阵的士兵现在却不得不携带30多公斤的背包在前方作战,其中至少有1/8的负载是专为电子设备提供能源的电池。一些用于侦察和联络的微型飞机和微型机器人也因为要携带笨重的电池而使其作用大受影响。如果将这些笨重的电池换为微型发动机,它们的工作效率将会大为改观。在医学领域,科学家可以将它们安装在糖尿病和心脏病患者使用的医疗设备上,利用它们提供的持久动力,定时为糖尿病患者体内输送胰岛素或为心脏病人的起搏器提供能量,也就减少了病人因为更换电池而手术的次数。
所以,这种发动机的前景自然一片坦途,用姜博士自己的话说,“我们正朝着一项在人类口袋中发生的工业革命迈进这次突破向前跨进了一大步,机械需要充电或更换新电池是一个问题,但在6年内这些事情会成为历史。”
“喂,喂——”,很多时候,你急用手机时,却发现手机没电了。还有,你在宽敞的会议大厅,通过笔记本电脑向众多与会者展示你演讲的内容,正待高潮之时笔记本的桌面却跳出一个足以让你泄气的对话框:系统提示,电池电量过低……这些令我们措手不及的局面,让我们对这些电子产品电池的续航能力充满期待。而电池因其蓄电容量的先天不足,几乎没有太有效的办法来避免这样尴尬时候的出现。
不过这难不倒自许为地球上最为高等生物——人类。与生俱来征服挑战的劲头再一次显现出来,于是,就有人迎难而上,开始探索比电池更有效的小型动力装置。英国伯明翰大学制造和机械工程学院讲师、华裔科学家姜开春博士就做这样的尝试,他领导的研究小组,开发出一种职业几毫米大小的微型发动机。虽然,发动机的样子不甚起眼,大小也就小指甲盖左右,但它提供的能量却是普通电池的300倍哟。而且只要给它补充一次燃料,就能连续不断地工作几个月甚至一两年。
我们知道,电池自被发明以来,在电子设备的小型化和便携性方面一显身手,发挥了无可比拟的重要作用。但是,电池的蓄电量确实是其大有作为的死穴——为了使电子设备持续工作,我们必须经常更换电池或者为其充电。如此这般,电池在能量供应的持久性和连续性方面自然要败下阵来。此外,根据专家计算,制造一个电池所消耗的能量,要比电池本身所提供的能量大2000倍!如果在考虑到处理废旧电池所消耗的能量,以及生态环境的代价,那使用电池的成本就更高了。
电池这些不足,促使姜博士放弃了在电池容量上创新的想法,转而寻求开放新式发动机本身。在开发该发动机前,研究小组曾专门对不同类型的电池与燃油进行了比较,结果发现,在重量相同的情况下,汽油,氢等碳水化合物燃料提供的能量表现出明显的优势,平均为电池的300倍。这意味着,同是补充一次能源,使用微型发动机驱动的装置,要比电池驱动的装置工作时间长得多。
据此,他们开发了以碳水化合物为主要燃料的微型内炽机。与传统发动机在充满噪音的厂房里生产所不同的是,微型发动机是在研究机构的无尘室中制作完成的。为了承受发动机运转时产生的高达1000摄氏度的高温,他们在制造材料上选用了氧化铝和碳化硅。这两种材料都可以耐1500摄氏度以上的高温,这就为发动机安全运转提供了保证。
而在制作工艺上,他们采用了与生产大规模集成电路相似的技术。所不同的是,大规模集成电路要求元件做得越小越好,而用同样的工艺生产发动机,则需要尽量将配件做大。因为燃料在发动机内燃烧需要有一定的空间,空间太小燃料将无法点燃,这就要求发动机构件要保持一定的尺寸。为了实现这一点,他们采用了许多的新技术。其中最具特色的是他们独创的“大厚层光胶处理”技术。利用这项技术,现在它们加工的材料厚度已达到1毫米左右,这在世界上也是很先进的。为适应不同设备的需要,科学家还可以对这种发动机的输出功率进行调整。采用的方法不是生产大小不同的发动机,而是将几个同样规格的发动机连接起来输出不同的能量。比姐为手机提供能量可能一个发动机就够了,为笔记本电脑提供能量则需要将数个发动机连起来共同工作才行。
至于它的应用嘛,现在可期的是,除了可取代手机和笔记本电脑的电池外,在军事、医学和工程制造等领域同样有它的用武之地。比如,随着便携式电子设备的增多,本应轻装上阵的士兵现在却不得不携带30多公斤的背包在前方作战,其中至少有1/8的负载是专为电子设备提供能源的电池。一些用于侦察和联络的微型飞机和微型机器人也因为要携带笨重的电池而使其作用大受影响。如果将这些笨重的电池换为微型发动机,它们的工作效率将会大为改观。在医学领域,科学家可以将它们安装在糖尿病和心脏病患者使用的医疗设备上,利用它们提供的持久动力,定时为糖尿病患者体内输送胰岛素或为心脏病人的起搏器提供能量,也就减少了病人因为更换电池而手术的次数。
所以,这种发动机的前景自然一片坦途,用姜博士自己的话说,“我们正朝着一项在人类口袋中发生的工业革命迈进这次突破向前跨进了一大步,机械需要充电或更换新电池是一个问题,但在6年内这些事情会成为历史。”