[go: up one dir, main page]

EA005801B1 - Способы перемещения объекта и генерации электричества и энергии и устройства для их осуществления - Google Patents

Способы перемещения объекта и генерации электричества и энергии и устройства для их осуществления Download PDF

Info

Publication number
EA005801B1
EA005801B1 EA200101070A EA200101070A EA005801B1 EA 005801 B1 EA005801 B1 EA 005801B1 EA 200101070 A EA200101070 A EA 200101070A EA 200101070 A EA200101070 A EA 200101070A EA 005801 B1 EA005801 B1 EA 005801B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
catalyst
energy
optical resonator
infrared radiation
resonator
Prior art date
Application number
EA200101070A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200101070A1 (ru
Inventor
Антони С. Зуперро
Джавахар М. Гидвани
Original Assignee
Неокисмет Л.Л.С.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Неокисмет Л.Л.С. filed Critical Неокисмет Л.Л.С.
Publication of EA200101070A1 publication Critical patent/EA200101070A1/ru
Publication of EA005801B1 publication Critical patent/EA005801B1/ru

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002Generators
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/30Devices controlled by electric currents or voltages
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S136/00Batteries: thermoelectric and photoelectric
    • Y10S136/291Applications

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к получению электричества. Заявлен способ генерации электричества путем осуществления химической реакции на катализаторе, сопровождающейся ИК-излучением, которая протекает в оптическом резонаторе, обеспечивающем стимулирование ИК-излучения на высших гармониках, генерируемое химической реакцией, а выходящее из резонатора ИК-излучение используют для генерации электричества. Заявлено устройство для генерации электричества, содержащее оптический резонатор, внутри которого расположена пачка подложек, на поверхности по меньшей мере одной из которых имеется катализатор в виде по меньшей мере одного островка, нанокластера, кластера с квантовой ямой или квантовой точки, оптический резонатор для стимуляции вынужденного излучения в оптическом резонаторе, а также фотоэлектрический преобразователь, при этом оптический резонатор обеспечивает возможность усиления высших гармоник ИК-излучения, сопровождающего химическую реакцию, проводимую на катализаторе.

Description

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к получению электрической, механической энергии или энергии когерентного излучения благодаря химическим реакциям, протекающим на поверхности катализатора на временах более коротких, чем те, за которые между различными формами выделяемой энергии достигается тепловое равновесие.
Характеристика известного уровня техники
В последних экспериментальных работах выявлены ключевые стадии протекания различных каталитических процессов: 1) на временном интервале длительностью порядка 0,01 пс, в течение которого химические реагенты образуют связи с поверхностью катализатора, вызывая эмиссию носителей заряда, например, электронов и дырок; 2) на временном интервале длительностью порядка 1 пс, в течение которого реагенты адсорбируются и теряют энергию в результате квантовых переходов после того, как оказываются захваченными в потенциальной яме между адсорбатом и поверхностью катализатора, вызывая при этом эффекты электронного трения, токи носителей заряда и излучение фононов; и 3) на временных интервалах длительностью порядка 1 нс и более, в течение которых промежуточные и конечные продукты реакции излучают электромагнитную энергию, как во время удержания их на поверхности катализатора, так и сразу же после того, как они покинут ее. Эти явления сопровождаются тремя процессами выделения энергии, а именно 1) эмиссией носителей заряда (электронов и дырок), 2) излучением фононов и 3) излучением фотонов.
Открытие этих предравновесных процессов эмиссии позволяет реализовать новые пути для превращения в полезную работу той высокопотенциальной химической энергии, которая имеет место во время существования предравновесных фаз. Термин предравновесный относится к промежутку времени, очень короткому, в течение которого продукты химических реакций еще не достигли теплового равновесия. К этим продуктам относятся высвобождение энергии путем испускания частиц, например, носители заряда; высокочастотные фононы, которые, как правило, связаны с оптической ветвью колебаний кристаллической решетки или же с акустической ветвью колебаний с такими же длинами волн и энергией; и непосредственно продукты химических реакций, находящихся в возбужденных состояниях.
До открытия этих путей быстропротекающего процесса излучения энергии считалось, что энергия, выделяемая в каталитическом процессе, например энергия адсорбции или энергия образования, является тепловой энергией в условиях равновесности. И, действительно, эмиттированные носители заряда достигают состояния теплового равновесия за времена длительностью порядка 10 фемтосекунд, а излученные фононы термализуются за времена длительностью от нескольких до 100 пс.
Краткое изложение существа изобретения
В одном варианте, служащем в качестве примера осуществления изобретения, эмиссия носителей заряда, например электронно-дырочных пар, образующихся за счет активности химических реагентов или химических реакций, протекающих на поверхности или в приповерхностных слоях катализатора, кластеров или нанокластеров, преобразуется в электрический потенциал. В другом варианте, служащем в качестве примера осуществления изобретения, для обеспечения указанного преобразования используют полупроводниковые диоды, например как диоды с р-η переходами или диоды Шотки, сформированные между катализатором и полупроводниками. Эти диоды выполнены с возможностью захвата баллистических носителей заряда и могут представлять собой диоды Шотки, диоды с р-η переходом или диоды, сформированные различньми комбинациями структур типа метал-полупроводник-оксид. Толщина промежуточного слоя оксида предпочтительно должна быть меньше длины свободного пробега, связанного с потерями энергии соответствующего носителя заряда (например, дырки или электрона). Диоды размещают с возможностью контакта с нанослоем или нанокластером катализатора или вблизи него на расстоянии, порядок величины которого меньше оценочной длины свободного пробега соответствующего баллистического носителя заряда, образующегося в катализаторе. В одном варианте осуществления изобретения, диод размещают рядом с кластером катализатора, а в другом варианте диод размещают под катализатором в виде подложки.
Носители заряда пролетают баллистическим путем на расстояния, которые могут превышать ширину соответствующим образом изготовленных переходов в полупроводнике, аналогично тому, как это имеет место при термоэлектронном эффекте. Однако в отличие от термоэлектронного эффекта, носители заряда по настоящему изобретению не должны иметь энергию, превышающую значение работы выхода задействованного материала. Движение носителей заряда ограничивается вследствие разности значений уровней Ферми, или химического потенциала, по разные стороны перехода. Полученная разность напряжений неотличима от таковой фотогальванического приемника излучения. При этом, однако, носитель заряда попадает в валентную зону или в зону проводимости, а электрическая цепь обеспечивает для него соответствующую пару - дырку или же электрон.
Настоящее изобретение также предлагает устройства и способы преобразования в механическое движение энергии, выделяемой при каталитических реакциях на временах до того, как произойдет термализация. В варианте, служащем в качестве примера осуществления изобретения, полученное движение используется для перемещения гидравлической жидкости с преодолением противодавления.
- 1 005801
Последние достижения в области технологии изготовления структур с квантовыми ямами, атомно сглаженными сверхрешетками и наноструктур позволяют обеспечить такую степень их физических параметров, какие могут обеспечить необходимые пути реакций (испускание носителя заряда, фонона, фотона) или же повысить эффективность приемника энергии излучения. Рабочая температура устройства в соответствии с настоящим изобретением может достигать всего нескольких сотен градусов Кельвина, что значительно ниже обычных рабочих температур общеизвестных систем на термофотогальванических и термоэлектронных элементах (1500-2500К). Кроме того, величины удельной мощности на единицу массы или объема, которые, в конечном счете, можно достичь при использовании в соответствии с настоящим изобретением предравновесных эмиссионных процессов, превосходят таковую у топливных элементов традиционных термофотогальванических или термоэлектронных систем.
Более того, по сравнению с топливными элементами, которые требуют сложной системы каналов подачи реагентов, устройства, предлагаемые в данном изобретении, позволяют смешивать топливо и воздух в одном и том же трубопроводе, что упрощает требования к системе подачи реагентов.
Сочетание высокой плотности потока энергии в пересчете на массу и объем, простота и более низкие рабочие температуры делают способы и устройства настоящего изобретения конкурентоспособными и уникальными для практического использования.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано сечение варианта устройства для генерации электричества в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 показано сечение варианта устройства для преобразования энергии, выделенной за счет каталитической реакции, в механическую работу.
На фиг. 3 показано сечение варианта устройства для пьезоэлектрической генерации электричества.
На фиг. 4 проиллюстрирован вариант размещения элементов для генерации электричества или пучков излучения в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное раскрытие существа изобретения
На фиг. 1 показано сечение варианта устройства в соответствии с настоящим изобретением. Устройство, показанное на фиг. 1, включает в себя катализатор 105, который размещен на верхней поверхности устройства с возможностью контактирования с молекулами окислителя 103 и молекулами топлива 102. В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 1, в качестве катализатора 105 может использоваться платина или палладий, окислителя 103 - воздух, а топлива 102 - водород или реагирующий углеводород, например метанол или этанол. Отходящие молекулы 104 образуются вследствие каталитической реакции.
Вариант устройства настоящего изобретения, показанный на фиг. 1, включает в себя пару диодов Шотки, которые выполняют функцию коллекторов носителей заряда, при этом первый диод 113 сформирован на верхней поверхности устройства рядом с катализатором 105 (далее сопряженный поверхностный диод 113), а другой диод 109 сформирован в объеме подложки 108 под катализатором (далее диод 109 в подложке). Слой изолятора 111 сформирован между сопряженным поверхностным диодом 113 и подложкой 108, как показано. Диоды 109 и 113 предпочтительно сделаны из биполярного полупроводника, например 1пСаА8§Ь, выбранного по составу так, чтобы оптимизировать выбранные рабочие условия. Например, энергия второй гармоники продольной моды колебаний молекулы СО на поверхности катализатора равна 2340 см-1 и соответствует энергии фотона 0,58 эВ. (Это согласуется с шириной зоны 0,53 эВ недавно разработанного 1иСаЛ8§Ь диода, описанного в статье Рйузюз οναίιιαίίοη. 1оигпа1 о£ Аррйеб Рйу81С8, т. 85, № 4, февраль, 1999.) Диоды 109 и 113 в предпочтительном варианте имеют относительно низкую высоту барьера, например, в диапазоне 0,05-0,4 В (вольт).
Диод 109 в подложке должен быть в достаточной степени смещен в прямом направлении (например, до 3 В) для того, чтобы приподнять его валентную зону и зону проводимости выше уровня Ферми катализатора 105 так, чтобы соответствовать уровням энергии адсорбированных на поверхности катализатора реагентов, например кислорода или свободных углеводородных радикалов. Это вызывает резонансное туннелирование энергии в диод 109 в подложке с помощью фотонов. Размер оксидного барьера или обедненной области должен быть меньше, чем длина баллистического переноса, который составляет порядка 10 нм.
Для формирования промежуточного слоя 106 между катализатором 105 и полупроводниковым материалом диода 109 в подложке могут применяться такие металлы, как Мд, 8Ь, А1, Ад, 8п, Си или N1. Промежуточный слой 106 служит для обеспечения согласования параметра решетки между материалами катализатора и подложки, что, в свою очередь, обеспечивает гладкую планарную поверхность контакта для создания структуры с квантовой ямой, состоящей из катализатора, вакуума над ним и промежуточного слоя под ним. Структура с квантовой ямой и гладкими поверхностями изменяет плотности электронных состояний со стороны подложки и вакуума таким образом, чтобы увеличить количество электронов с желаемой энергией. Толщины катализатора и промежуточного слоя должны быть достаточно малыми для того, чтобы обеспечить баллистический перенос носителей заряда. Этот размер, как правило, составляет менее 20 нм. Современный уровень технологий позволяет создавать структуры с кванто
- 2 005801 вой ямой, имеющие толщину менее чем 0,5 нм. Структура с квантовой ямой может быть создана в виде островка, подобно стопке блинов, на поверхности (такие структуры именуются как «квантовая точка»).
Устройство, показанное на фиг. 1, может также включать непроводящий слой 107, сформированный между диодом 109 в подложке и катализатором 105. Слой 107, который может представлять собой слой окисла, позволяет прикладывать на диод 109 прямое смещение без существенного увеличения прямого тока. Этот слой 107 является барьером для такого прямого тока. Также, по желанию, на поверхности устройства может быть сформирован оксидный барьер 114 между катализатором 105 и поверхностным диодом 113.
Электрические контакты 101, 110 и 112 формируются, как показано на фиг. 1. Контакты 101 и 110 служат электрическими выводами для поверхностного диода.
В устройстве, показанном на фиг. 1, слой катализатора 105 может включать структуру с квантовой ямой (в том числе квантовые точки), имеющую толщину, как правило, менее 20 нм и являющуюся достаточно малой для того, чтобы изменить плотности электронных состояний в катализаторе так, чтобы создать преимущественно моноэнергетические дырки или электроны. Диод 109 в подложке и катализатор 105 могут быть разделены промежуточным слоем 106 из металла, который обеспечивает согласование параметров решетки этого слоя с катализатором. Катализатор 105 и промежуточный слой 106 образуют квантовую яму. Промежуточный слой 106 должен быть достаточно тонким, чтобы обеспечивать перенос электронов в диод без изменения их энергии. Толщина промежуточного слоя 106 предпочтительно должна быть менее 20 нм.
В иллюстративном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением диод 109 в подложке изготовлен на основе прямозонного полупроводника η-типа с шириной зоны, позволяющей эмиттирование электронов, обладающих большой энергией.
В другом варианте осуществления устройства толщина слоя или размер кластера (если слой формируется в виде кластеров) катализатора 105 делается достаточно малым для того, чтобы обеспечить появление запрещенных зон, дискретных электронных состояний и каталитических свойств, отличных от таковых в объемном материале. В этом случае катализатор 105 может предпочтительно представлять собой золото, серебро, медь или никель и быть нанесен в виде нанослоя или кластеров, состоящих из 200 атомов.
На фиг. 2 показан вариант осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, в котором излучение фононов, вызываемое реакциями адсорбции и связывания на поверхности слоя, кластеров или наноструктур катализатора или внутри него, преобразуется в давление гидравлической жидкости.
В соответствии с настоящим изобретением давление, производимое фононами и направленное внутрь объема катализатора по одну сторону объема катализатора, формирует фононную волну, направление распространения которой может быть задано геометрией катализатора (или подложки, на которой катализатор может быть расположен) так, чтобы фононы достигали другой стороны подложки и передавали давление на жидкость. Длина такого пути должна быть меньше среднего расстояния, на котором направление фонона остается существенно невозмущенным. Фононы выходят под углом (угол «скольжения») так, чтобы направленное и асимметричное давление выходящих фононов проявлялось как волновое движение с другой стороны объема катализатора, отталкивающее жидкость, например жидкий метал или расходуемый подслой, вызывая ее движение в направлении, параллельном нижней поверхности. Видимый отрицательный коэффициент трения между стенкой и жидкостью проявляется в виде волнового движения или направленных импульсов вдоль нижней поверхности устройства.
Вариант устройства состоит из подложки 203, имеющей пилообразную форму верхней и нижней поверхностей, как показано на фиг. 2. Нижняя поверхность находится в контакте с гидравлической жидкостью 204. Как показано на фиг. 2, подложка может представлять собой множество субструктур 200, имеющих прямоугольное сечение и собранных вместе под углом по отношению к жидкости 204.
На верхней поверхности подложки каждая субструктура имеет слой 201, состоящий из катализатора. На экспонируемой боковой поверхности субструктур каждая субструктура 200 содержит слой 202, состоящий из материала, химически инертного в отношении катализатора и реагентов. Каждая субструктура состоит из подложки 203, функционирующей также и как волновод для фононов. При изготовлении слоя катализатора 201 и подложки 203 может использоваться платина, в качестве окислителя - воздух, в качестве реагирующего углеводородного топлива - этанол или метанол, а в качестве гидравлической жидкости - вода или ртуть. Эта жидкость может также служить охладителем для устройства, обеспечивая работу при высоких плотностях энергии.
Катализатор 201 и подложка 203 могут быть выполнены из одного материала, например платины. Другие материалы подложки могут использоваться в зависимости от соображений технологичности, требований к структуре и/или условий согласования импедансов для того, чтобы обеспечить максимальную глубину распространения фононов в гидравлическую жидкость.
Толщины слоя 201 платинового катализатора и подложки 203 должны быть меньше длины свободного пробега оптических фононов или высокочастотных акустических фононов без изменения их энергии, которая составляет по меньшей мере примерно 10 нм и может достигать 1 мкм.
- 3 005801
Для создания зубчатого рельефа филя на поверхности подложки 203 с характерным размером структур до 1 мкм могут применяться методы нанотехнологии.
Выбор преимущественного места протекания реакций, а значит, и направления распространения фононов, показанного на фиг. 2 стрелкой, задается осаждением химически инертных слоев 202 на соответствующих поверхностях боковых граней выступов зубчатой структуры, в данном случае на правых.
Рэлеевские волны акустического, ультразвукового и гигагерцового диапазонов могут использоваться со стороны катализатора для ускорения скоростей реакций и синхронизации излучения фононов. Эти волны увеличивают интенсивность излучения фононов и вызывают когерентное излучение, значительно усиливая, тем самым, пиковую и среднюю мощности.
Еще в одном варианте осуществления устройства между подложкой и жидкостью формируется тонкий слой или слои материала. Эти слои состоят из материалов, имеющих значение акустического импеданса в диапазоне его значений между материалами подложки 203 и гидравлической жидкости 204 с тем, чтобы максимизировать передачу импульса в гидравлическую жидкость и минимизировать обратные отражения в подложку 203. Материал выбирается таким, чтобы модуль упругости и характеристики распространения фононов в его объеме позволяли фононам выходить из подложки и в значительной степени передаваться в жидкость с минимальными отражениями и потерями энергии.
В другом варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением излучение фононов, генерируемых каталитическими реакциями, преобразуется в электрический ток путем использования пьезоэлектрического эффекта, имеющего место в материалах при падении на них фононов. Вариант исполнения такого устройства показан на фиг. 3.
Вариант осуществления устройства настоящего изобретения, показанный на фиг. 3, содержит слой катализатора 301, сформированный на пьезоэлектрическом элементе 303, который, в свою очередь, располагается на опорной подложке 304. Слой катализатора 301 может быть выполнен в виде нанокластера, нанослоя или квантовой ямы. Электрические выводы 302 создаются на противоположных концах пьезоэлектрического элемента 303, на котором формируется потенциал в соответствии с настоящим изобретением. В варианте исполнения устройства, показанном на фиг. 3, слой катализатора 301 выполняется из платины, окислитель представляет собой воздух, а реагирующее углеводородное топливо - этанол или метанол. Пьезоэлектрический элемент 303 может выполняться из любого пьезоматериала, включая полупроводники, не являющиеся в обычном состоянии пьезоэлектриками, например 1пСаА§8Ь. Рассогласование решеток между полупроводником и платиной приводит к возникновению напряжений, известных как деформационный потенциал, индуцирующий проявление пьезоэлектрических свойств в полупроводниках, ферроэлектриках или пьезоэлектрических материалах с высокой нелинейностью, например тонких пленках (Ва, 8г) Т1О3, напряженного слоя Лк-Са^Л^/СаЛх и ρ-ί-и-структурах с квантовой ямой на основе 1пСаЛ8/СаЛ8(111)В.
В случае выполнения пьезоэлектрического элемента 303 из полупроводникового материала, этот полупроводник становится диодным элементом, преобразующим фотоны в электричество, накапливающим электроны или преобразующим фононы в электричество.
В варианте исполнения устройства настоящего изобретения, показанном на фиг. 3, по мере того как реагенты взаимодействуют с слоем катализатора 301, генерированные этими реакциями фононы проходят в пьезоэлектрический элемент 303. В результате, на электрических выводах 302 пьезоэлектрического элемента 303 формируется потенциал.
Подложка 304 предпочтительно выполняется в такой геометрии, чтобы фокусировать фононы для усиления нелинейности пьезоэлектрического элемента 303. Это приводит к самовыпрямлению высокочастотных фононов. В одном варианте исполнения пьезоэлектрический элемент 303 предпочтительно выполняется искривленным в форме линзы или отражательного концентратора с тем, чтобы сфокусировать генерированные катализатором фононы на пьезоэлектрический материал. Фокусировка фононов приводит в фокусе к движению атомов большой амплитуды. Такое движение атомов, вызванное фокусировкой, приводит к тому, что пьезоэлектрический материал становится нелинейным и в фокусе в материале возникает нелинейный отклик, например генерирование электричества. В свою очередь, это приводит к тому, что пьезоэлектрический материал становится выпрямителем наведенного фононами высокочастотного тока.
Рэлеевские волны акустического, ультразвукового и гигагерцового диапазонов могут использоваться со стороны катализатора для стимуляции скоростей реакций и синхронизации излучения фононов, увеличения интенсивности излучения фононов и создания когерентного излучения, значительно усиливая тем самым пиковую и среднюю мощности, передаваемые пьезоэлектрическому элементу 303. Акустические рэлеевские волны ускоряют окислительные реакции на поверхности платинового катализатора. Для создания на поверхности катализатора 301 поверхностных акустических волн может применяться генератор (не показан). Частоты этих волны могут быть в акустическом, ультразвуковом или гигагерцовом диапазонах. Такие рэлеевские волны вызывают реакции, а также синхронизуют эти реакции, что, в свою очередь, синхронизует излучение фононов. В результате, реализуется импульсное течение реакций, что усиливает мощность, передаваемую пьезоэлектрическому элементу 303.
- 4 005801
Рабочая частота устройства, показанного на фиг. 3, находится предпочтительно в гигагерцовом диапазоне и ниже для того, чтобы можно было достичь выпрямления переменных токов, создаваемых пьезоэлектрическим элементом 303, используя традиционные способы, например полупроводниковые диоды.
Еще в одном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением электромагнитное излучение, например инфракрасные фотоны, испускаемые продуктами в возбужденном состоянии, например радикалами и молекулами конечных продуктов в сильно возбужденных вращательных состояниях, преобразуется в электричество фотогальванически. Для получения энергии из продуктов в возбужденном состоянии, например радикалов и молекул реакционных продуктов в сильно возбужденных колебательных состояниях, как находящихся на поверхности катализатора, так и десорбирующихся с нее, используется генерация вынужденного излучения. Полученная энергия реализуется в форме когерентного луча или пучка сверхизлучения инфракрасной или оптической энергии. Частоты излучения соответствуют основным частотам (изменение колебательного квантового числа на 1) или гармоникам (изменение колебательного квантового числа на 2 или больше) собственных колебательных частот реагентов. В соответствии с настоящим изобретением одновременно может быть получено несколько разных частот. Наряду с тем, что полученный когерентный луч может использоваться сам по себе, этот луч высокой интенсивности может также фотогальванически пребразовываться в электричество. В соответствии с настоящим изобретением такое излучение вызывается реакциями, протекающими на поверхности катализатора, и ускоряется благодаря использованию оптических резонаторов. На фиг. 4 показан вариант осуществления электрического генератора для реализации такого преобразования.
Вариант исполнения устройства, показанный на фиг. 4, содержит одну или более подложек 401, на которые нанесен катализатор 402 в виде множества островков, нанокластеров, кластеров с квантовой ямой или квантовой точкой. Кластеры катализатора разнесены достаточно далеко друг от друга (т.е. десятки нанометров и более), а подложка делается достаточно тонкой (т.е. с общей оптической толщиной менее 1 см) с тем, чтобы ослабить поглощение ИК-излучения на излучаемых частотах. Такая сборка кластеров катализатора на подложках 401 практически прозрачна для излучения, испускаемого в ходе реакций. Катализатор 402 предпочтительно представляет собой платину или палладий. Устройство предпочтительно содержит множество подложек 401, расположенных так, чтобы обеспечить реакционный объем.
Пачка подложек с катализатором 401/402 заключается в оптический резонатор, имеющий элемент 403 с высоким коэффициентом отражения и элемент 404 с меньшим коэффициентом отражения, расположенные, как показано на фиг. 4. Этот оптический резонатор и пачка подложек с катализатором 401/402 предпочтительно находятся в резонансе с изучением, испускаемым в ходе реакций, или его гармоникам. Оптический резонатор может использоваться для стимуляции излучения гармоник, т.е. излучения с изменением квантового числа на 2 и более, или увеличения энергии излучения. Предпочтительно оптический резонатор имеет множество частот так, как это имеет место, например, в резонаторе Фабри-Перо, который настраивается на гармоники частот излучающих частиц.
Топливо 407, например водород, этанол или метанол, и окислитель 408, например воздух, вводятся в оптический резонатор, где они взаимодействуют с катализатором в пачках подложек 401/402. Можно использовать обедненные топливные смеси, чтобы минимизировать резонансный перенос, обмен или распад энергии возбужденных колебательных состояний другим частицам той же химической природы в потоке отходящих газов в течение времени, пока эти частицы находятся в оптическом резонаторе, а фотогальванический преобразователь 405 поглощает излучение и преобразует его в электричество.
В резонаторе может использоваться устройство 412 инициирования и синхронизации вынужденного излучения. Устройство 412 может быть общедоступным генератором вынужденного излучения, и оно может быть совмещено с устройством по настоящему изобретению известными способами. Оптический резонатор может быть выполнен с использованием известных методов, так чтобы генерировать вынужденное излучение. Фотогальваническая ячейка, как правило, бывает не очень эффективной для преобразования длинноволновых ИК-фотонов (от 1000 до 5000 обратных сантиметров), которые характерны для каталитических реакций. Высокая пиковая выходная мощность устройства 412 позволяет улучшить ситуацию и делает фотогальваническую ИК-ячейку более эффективной.
Фотогальванический преобразователь 405 размещается вне объема, занимаемого пачкой подложек с катализатором 401/402 где-либо в зоне видимости испускаемого излучения. Такое размещение позволяет обеспечить охлаждение фотогальванического преобразователя 405, используя известные способы. Электрические выводы 406 фотогальванического преобразователя 405 могут быть соединены через диод 410 с накопителем 411 электрической энергии. Фотогальванический преобразователь 405 на выходе выдает импульсы, следующие с частотой повторения, как правило, выше, чем 1 МГц. Накопитель 411 электрической энергии может представлять собой, например, конденсатор, конденсатор большой емкости или аккумулятор. Учитывая высокую частоту импульсного выходного сигнала, конденсатор, используемый в качестве накопительного устройства, может быть очень компактным. Единственно, что конденсатор должен быть достаточно большим, чтобы удерживать энергию одного импульса. Таким образом, энергия, накопленная в конденсаторе, может быть в миллионы раз меньше, чем энергия, поступающая от преобразователя 405 в секунду.
- 5 005801
Химические реагенты на поверхности катализатора допускают переходы на частоте гармоник, являющихся частью «цепочки» переходов, и они, находясь на поверхности катализатора, сильно поляризованы, что приводит к тому, что для всех переходов элементы матрицы дипольного излучения имеют ненулевое значение. Также реагенты не имеют вращательного уширения, присущего свободным молекулам в газе, поскольку они прикреплены к поверхности и не могут вращаться. Эти особенности позволяют получить, благодаря вынужденному излучению, близкое к монохроматическому усиление гармоник.
Электромагнитная энергия, излучаемая при стимуляции частиц, как показано на фиг. 4, может быть преобразована в квазимонохромные, полихромные или когерентные лучи высокой яркости.
В каждом из вышеописанных вариантов, в которых используется фотогальванические полупроводники, катализатор предпочтительно работает при высокой поверхностной плотности энергии, т.е. свыше 10 Вт на квадратный сантиметр, для того, чтобы увеличить эффективность этих фотогальванических полупроводников.

Claims (7)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ генерации электричества путем осуществления химической реакции на катализаторе, сопровождающейся ИК-излучением, в котором указанная каталитическая реакция протекает в оптическом резонаторе, который обеспечивает стимулирование ИК-излучения на высших гармониках, генерируемое химической реакцией, а выходящее из резонатора ИК-излучение используют для генерации электричества.
  2. 2. Способ по п.1, в котором катализатор работает при пиковой поверхностной плотности потока энергии, большей 1 Вт/см2.
  3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после преобразования упомянутой электромагнитной энергии в электрическую энергию накопление электрической энергии осуществляют, по меньшей мере, в конденсаторе или в аккумуляторе.
  4. 4. Устройство для генерации электричества, содержащее оптический резонатор, внутри которого расположена пачка подложек, на поверхности по меньшей мере одной из которых имеется катализатор в виде по меньшей мере одного островка, нанокластера, кластера с квантовой ямой или квантовой точки, оптический резонатор для стимуляции вынужденного излучения в оптическом резонаторе, а также фотоэлектрический преобразователь, при этом оптический резонатор обеспечивает возможность усиления высших гармоник ИК-излучения, сопровождающего химическую реакцию, проводимую на катализаторе.
  5. 5. Устройство по п.4, в котором дополнительно имеется средство для накопления электрической энергии, представляющее собой, по меньшей мере, конденсатор или аккумулятор, соединенные с упомянутым фотоэлектрическим преобразователем.
  6. 6. Устройство по п.4, в котором упомянутый оптический резонатор является резонатором ФабриПеро.
  7. 7. Устройство по п.4, в котором имеется средство для охлаждения упомянутого фотоэлектрического преобразователя.
EA200101070A 1999-05-04 2000-04-25 Способы перемещения объекта и генерации электричества и энергии и устройства для их осуществления EA005801B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/304,979 US6114620A (en) 1999-05-04 1999-05-04 Pre-equilibrium chemical reaction energy converter
PCT/US2000/011119 WO2000072384A1 (en) 1999-05-04 2000-04-25 Pre-equilibrium chemical reaction energy converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200101070A1 EA200101070A1 (ru) 2002-04-25
EA005801B1 true EA005801B1 (ru) 2005-06-30

Family

ID=23178778

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200101070A EA005801B1 (ru) 1999-05-04 2000-04-25 Способы перемещения объекта и генерации электричества и энергии и устройства для их осуществления
EA200500309A EA007524B1 (ru) 1999-05-04 2000-04-25 Устройство для генерации электричества

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200500309A EA007524B1 (ru) 1999-05-04 2000-04-25 Устройство для генерации электричества

Country Status (17)

Country Link
US (11) US6114620A (ru)
EP (1) EP1188190A4 (ru)
JP (1) JP2003500196A (ru)
KR (1) KR20020001862A (ru)
CN (1) CN1268007C (ru)
AP (1) AP2001002342A0 (ru)
AU (1) AU781320B2 (ru)
BR (1) BR0010254A (ru)
CA (1) CA2371347C (ru)
EA (2) EA005801B1 (ru)
HK (2) HK1049546A1 (ru)
IL (1) IL146299A0 (ru)
MX (1) MXPA01011234A (ru)
NO (1) NO20015401L (ru)
OA (1) OA11939A (ru)
WO (1) WO2000072384A1 (ru)
ZA (1) ZA200109036B (ru)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7223914B2 (en) * 1999-05-04 2007-05-29 Neokismet Llc Pulsed electron jump generator
US6114620A (en) * 1999-05-04 2000-09-05 Neokismet, L.L.C. Pre-equilibrium chemical reaction energy converter
US7371962B2 (en) * 1999-05-04 2008-05-13 Neokismet, Llc Diode energy converter for chemical kinetic electron energy transfer
US6649823B2 (en) * 1999-05-04 2003-11-18 Neokismet, L.L.C. Gas specie electron-jump chemical energy converter
US6916451B1 (en) 1999-05-04 2005-07-12 Neokismet, L.L.C. Solid state surface catalysis reactor
US6678305B1 (en) 1999-05-04 2004-01-13 Noekismet, L.L.C. Surface catalyst infra red laser
KR100354906B1 (ko) * 1999-10-01 2002-09-30 삼성전자 주식회사 광시야각 액정 표시 장치
AP2002002500A0 (en) * 1999-10-20 2002-06-30 Neokismet Llc Solid State surface catalysis reactor.
CA2388429A1 (en) * 1999-10-20 2001-04-26 Jawahar M. Gidwani Surface catalyst infra red laser
AU2001257038A1 (en) 2000-04-13 2001-10-30 Sun Microsystems, Inc. Electro-desorption compressor
WO2002058219A2 (en) * 2001-01-17 2002-07-25 Neokismet, L.L.C. Electron-jump chemical energy converter
JP4828087B2 (ja) * 2001-05-10 2011-11-30 ネオキスメット エルエルシー エネルギー抽出方法及びエネルギー抽出装置
US6593666B1 (en) * 2001-06-20 2003-07-15 Ambient Systems, Inc. Energy conversion systems using nanometer scale assemblies and methods for using same
WO2003003469A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-09 Neokismet, L.L.C. Quantum well energizing method and apparatus
US7020355B2 (en) * 2001-11-02 2006-03-28 Massachusetts Institute Of Technology Switchable surfaces
JP4007000B2 (ja) * 2001-12-25 2007-11-14 富士ゼロックス株式会社 導電性有機高分子
US6665329B1 (en) * 2002-06-06 2003-12-16 Sandia Corporation Broadband visible light source based on AllnGaN light emitting diodes
US7254986B2 (en) * 2002-12-13 2007-08-14 General Electric Company Sensor device for detection of dissolved hydrocarbon gases in oil filled high-voltage electrical equipment
US7095645B2 (en) * 2003-06-02 2006-08-22 Ambient Systems, Inc. Nanoelectromechanical memory cells and data storage devices
US7199498B2 (en) * 2003-06-02 2007-04-03 Ambient Systems, Inc. Electrical assemblies using molecular-scale electrically conductive and mechanically flexible beams and methods for application of same
US20040238907A1 (en) * 2003-06-02 2004-12-02 Pinkerton Joseph F. Nanoelectromechanical transistors and switch systems
US7148579B2 (en) * 2003-06-02 2006-12-12 Ambient Systems, Inc. Energy conversion systems utilizing parallel array of automatic switches and generators
US7518283B2 (en) 2004-07-19 2009-04-14 Cjp Ip Holdings Ltd. Nanometer-scale electrostatic and electromagnetic motors and generators
US20060216573A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Pfister Dennis M Power supply incorporating a chemical energy conversion device
WO2007012028A2 (en) * 2005-07-19 2007-01-25 Pinkerton Joseph P Heat activated nanometer-scale pump
JP5095260B2 (ja) * 2006-05-15 2012-12-12 富士通株式会社 半導体発光装置の製造方法
US7663053B2 (en) * 2007-01-05 2010-02-16 Neokismet, Llc System and method for using pre-equilibrium ballistic charge carrier refraction
US8385113B2 (en) 2007-04-03 2013-02-26 Cjp Ip Holdings, Ltd. Nanoelectromechanical systems and methods for making the same
US20110129742A1 (en) * 2008-07-31 2011-06-02 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Nonequilibrium Chemovoltaic Fuel Cell
CA2764334C (en) * 2009-06-03 2016-11-22 The Technology Partnership Plc Pump with disc-shaped cavity
WO2013116853A1 (en) * 2012-02-03 2013-08-08 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Methods and devices for generating electricity from a fuel and an oxidant using a capacitor
JP5877445B2 (ja) * 2012-02-21 2016-03-08 株式会社村田製作所 抵抗スイッチングデバイスおよびその製造方法
US9437892B2 (en) 2012-07-26 2016-09-06 Quswami, Inc. System and method for converting chemical energy into electrical energy using nano-engineered porous network materials
JP6676524B2 (ja) 2013-10-29 2020-04-08 クスワミ インクQuswami, Inc. ナノ設計多孔性網目構造材料を使用し、エネルギー変換器として固体デバイスを使用する前平衡システムおよび方法
CN108604882A (zh) * 2014-03-20 2018-09-28 彼得·哈格尔施泰因 振动能的转换
RU2653567C1 (ru) * 2017-03-10 2018-05-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ создания лазерного излучения и лазер, реализующий этот способ
CN108631720B (zh) * 2018-04-18 2019-12-10 西安交通大学 一种太阳能聚光分频光电热电联产装置
TWI821281B (zh) * 2018-04-28 2023-11-11 美商應用材料股份有限公司 基於氣體脈衝的共享前驅物分佈系統及其使用方法
CN114046736B (zh) * 2021-11-09 2023-02-28 北京理工大学 一种基于泵浦探测分析确定金属电子弹道深度的方法

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL6410083A (ru) 1964-08-29 1966-03-01
US3483040A (en) * 1966-06-27 1969-12-09 North American Rockwell Nuclear battery including photocell means
US3694770A (en) * 1970-12-18 1972-09-26 United Aircraft Corp Liquid fuel gas dynamic mixing laser
US3783040A (en) * 1972-08-16 1974-01-01 Republic Steel Corp Low carbon high strength steel
US3916338A (en) * 1972-11-07 1975-10-28 Us Energy Metal atom oxidation laser
US4045359A (en) * 1976-01-29 1977-08-30 Nasa Apparatus for photon excited catalysis
US4407705A (en) * 1981-05-14 1983-10-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Production of negative ions of hydrogen
US4753579A (en) * 1986-01-22 1988-06-28 Piezo Electric Products, Inc. Ultrasonic resonant device
JPS6342181A (ja) * 1986-08-07 1988-02-23 Babcock Hitachi Kk 熱発電装置
DE3743399A1 (de) * 1987-12-21 1989-07-06 Siemens Ag Sensor zum nachweis von gasen durch exotherme katalytische reaktionen
US5124610A (en) * 1989-03-03 1992-06-23 E. F. Johnson Company Tritiated light emitting polymer electrical energy source
JPH02264101A (ja) 1989-04-03 1990-10-26 Toshiba Corp 複合サイクル発電設備
FR2679071B1 (fr) * 1991-07-08 1997-04-11 France Telecom Transistor a effet de champ, a couches minces de bande d'energie controlee.
US5299422A (en) * 1991-07-26 1994-04-05 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Energy converter
JPH05176564A (ja) * 1991-12-26 1993-07-13 Aisin Seiki Co Ltd 放射圧を利用したアクチュエータ
US5362975A (en) * 1992-09-02 1994-11-08 Kobe Steel Usa Diamond-based chemical sensors
US5404712A (en) 1992-10-06 1995-04-11 University Of Tennessee Research Corporation Laser initiated non-linear fuel droplet ignition
US5525041A (en) * 1994-07-14 1996-06-11 Deak; David Momemtum transfer pump
WO1996008701A1 (en) * 1994-09-12 1996-03-21 International Business Machines Corporation Electromechanical transducer
JPH08136546A (ja) * 1994-11-15 1996-05-31 Bio Sensor Kenkyusho:Kk 物質分析法
US5740192A (en) 1994-12-19 1998-04-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser
US5651838A (en) * 1995-12-14 1997-07-29 Jx Crystals Inc. Hydrocarbon fired room heater with thermophotovoltaic electric generator
US5932885A (en) * 1997-05-19 1999-08-03 Mcdermott Technology, Inc. Thermophotovoltaic electric generator
US6114620A (en) * 1999-05-04 2000-09-05 Neokismet, L.L.C. Pre-equilibrium chemical reaction energy converter
US7223914B2 (en) * 1999-05-04 2007-05-29 Neokismet Llc Pulsed electron jump generator
US6916451B1 (en) 1999-05-04 2005-07-12 Neokismet, L.L.C. Solid state surface catalysis reactor
US6649823B2 (en) 1999-05-04 2003-11-18 Neokismet, L.L.C. Gas specie electron-jump chemical energy converter
US7371962B2 (en) 1999-05-04 2008-05-13 Neokismet, Llc Diode energy converter for chemical kinetic electron energy transfer
US6678305B1 (en) * 1999-05-04 2004-01-13 Noekismet, L.L.C. Surface catalyst infra red laser
DE19920822B4 (de) * 1999-05-06 2008-03-27 Daimler Ag Anordnung zur Befestigung eines Abgaskrümmers am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
WO2001054171A1 (en) 2000-01-19 2001-07-26 The Regents Of The University Of California A chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier
US6903433B1 (en) 2000-01-19 2005-06-07 Adrena, Inc. Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier
US6512532B2 (en) * 2000-08-17 2003-01-28 Rohm Co., Ltd. Thermal printhead, heating resistor used for the same, and process of making heating resistor
EP1217040B1 (en) * 2000-12-21 2005-03-02 Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation Polycarbonate resin composition and its molded articles
US20020123592A1 (en) * 2001-03-02 2002-09-05 Zenastra Photonics Inc. Organic-inorganic hybrids surface adhesion promoter
WO2003003469A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-09 Neokismet, L.L.C. Quantum well energizing method and apparatus
KR100473475B1 (ko) * 2002-08-09 2005-03-10 삼성전자주식회사 기판 세정 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CA2371347A1 (en) 2000-11-30
EP1188190A1 (en) 2002-03-20
BR0010254A (pt) 2003-07-01
US20140130852A1 (en) 2014-05-15
US8476095B2 (en) 2013-07-02
EP1188190A4 (en) 2006-02-01
NO20015401L (no) 2001-12-17
US6218608B1 (en) 2001-04-17
US20020070632A1 (en) 2002-06-13
ZA200109036B (en) 2003-04-30
HK1042775A1 (zh) 2002-08-23
AU781320B2 (en) 2005-05-19
CN1268007C (zh) 2006-08-02
US8963167B2 (en) 2015-02-24
NO20015401D0 (no) 2001-11-05
AP2001002342A0 (en) 2001-12-31
CA2371347C (en) 2006-06-20
MXPA01011234A (es) 2003-09-22
US20080176355A1 (en) 2008-07-24
EA007524B1 (ru) 2006-10-27
US7674645B2 (en) 2010-03-09
OA11939A (en) 2006-04-12
WO2000072384A1 (en) 2000-11-30
US6114620A (en) 2000-09-05
US8637339B2 (en) 2014-01-28
KR20020001862A (ko) 2002-01-09
EA200101070A1 (ru) 2002-04-25
CN1349664A (zh) 2002-05-15
US6222116B1 (en) 2001-04-24
EA200500309A1 (ru) 2005-10-27
US6700056B2 (en) 2004-03-02
US20080176356A1 (en) 2008-07-24
US20120094417A1 (en) 2012-04-19
IL146299A0 (en) 2002-07-25
US6268560B1 (en) 2001-07-31
US6327859B1 (en) 2001-12-11
US20010018923A1 (en) 2001-09-06
HK1049546A1 (zh) 2003-05-16
AU6746400A (en) 2000-12-12
JP2003500196A (ja) 2003-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA005801B1 (ru) Способы перемещения объекта и генерации электричества и энергии и устройства для их осуществления
US7371962B2 (en) Diode energy converter for chemical kinetic electron energy transfer
US12308372B2 (en) Pre-equilibrium system and method using solid-state devices as energy converters using nano-engineered porous network materials
JP2004528706A (ja) 電子ジャンプ化学エネルギー変換器
CA2520340A1 (en) Pre-equilibrium chemical reaction energy converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU