谁说只有太阳能发电？科学家正在从黑暗中榨取电力！

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买一台夜视仪，拆下它的镜片，贴到太阳能电池板上。恭喜你，你发明了在夜里也能发电的太阳能电池。

听起来像个科学民科的冷笑话？但这正是新南威尔士大学（UNSW）光子学领域的顶尖科学家们正在攻克的课题。因为物理学告诉我们：地球的夜晚，并不是漆黑一片，而是一场巨大的红外线狂欢。

01 被忽略的能量背影

长期以来，我们对能源的理解几乎全部集中在“吸收”上：吸收阳光、吸收风力、吸收水流。我们习惯于这种“进账式”的思维。

但从物理学角度看，能量的流动永远是双向的。白天被晒热的地面、高楼大厦、甚至是你我身上的热量，并不会凭空消失。在深夜，这些热量会以红外辐射（Infrared Radiation）的形式，源源不断地射向寒冷的外太空。

这是一场规模宏大且极其稳定的能量交换：地球通过向外太空“排热”来维持自身的温度平衡。只是长期以来，我们从未想过要在这个“排出的过程”中拦截一点能量。

02 热辐射二极管：让“吐光子”也能发电

传统的太阳能电池工作原理我们很熟悉：

• 白天：太阳光（高能光子）撞击硅板，把电子从低能级“踢”到高能级，产生电流。
• 夜晚：新南威尔士大学的内德·埃金斯-道克斯（Ned Ekins-Daukes）教授团队提出了一个反向概念——热辐射二极管（Thermoradiative Diode）

传统的电池是“吞入”光子，而这种新型电池则是通过“吐出”光子来发电。

它是如何操作的？这个二极管本身带有地面的余温，而它面对的是温度接近绝对零度的深空。这种巨大的温差，让器件内部的电子变得异常活跃。

为了抓住这个瞬间，科学家使用了碲镉汞（MCT）。这种常用于先进红外探测器（比如夜视仪和导弹追踪系统）的窄带隙半导体材料，被重新设计成了类似太阳能电池的结构。科学家在材料内部预设了一条“单行道”：一侧电子易停，另一侧易流。当电子因为散热而发生跃迁、准备释放红外光子时，它必须顺着这条设计的方向移动。

电子定向动了，电流也就产生了。这在热力学上被形象地称为“负照明”效应（Negative Illumination）。

03 从实验室走向现实：它离我们有多远？

必须承认，这项技术目前正处于“婴儿期”。

在悉尼的实验室里，第一台演示装置产生的功率还非常微小，大约仅相当于太阳能电池板输出功率的十万分之一。目前的实验电量甚至很难点亮一颗LED灯珠，装置本身也占据了半个实验室。

但为什么科学界对此感到兴奋？回顾半导体的发展史，第一块硅太阳能电池在1954年问世时，效率也只有不到6%，而且造价昂贵到离谱。而热辐射二极管的出现，证明了“夜间发电”在逻辑上是完全成立的。

“我们已经证明了热辐射过程产生电能的科学可行性，”内德·埃金斯-道克斯教授表示，“现在的任务是通过优化材料和结构，将这一功率提升100倍甚至1000倍。”

如果我们把目光从大型电网移开，这种“微功耗、长效输出”的特性简直是某些领域的救星：

• 航天工程：在极端的昼夜交替环境下，稳定的红外辐射差可以为卫星和探测器提供无需储能的持续微电力。
• 可穿戴设备：想象一下，只要你的体温和周围环境有温差，你的手表或助听器就能从你皮肤散发的热量中不断“偷”电。
• 万物互联（IoT）：数以亿计的传感器分布在野外或建筑深处，最昂贵的维护成本就是换电池。一个只要有温差就能工作的自给自足系统，将彻底改写物联网的游戏规则。

05 换个姿势看世界

这项研究真正迷人的地方，并不在于它现在能发多少毫瓦的电。

它打开了一种全新的视角：夜晚不只是能源系统的空白时段，它同样是一个能量正在流动的过程。

过去我们只关心如何把能量“抓进来”，而现在，工程师开始思考——当能量不可避免地要从地球流向宇宙时，我们能不能让它走得对人类更有用一点？

这种对“流失”的拦截，或许才是人类文明进化的下一个阶段。

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