澳大利亞新南威爾士大學的研究團隊在能源領域取得了一項突破性進展——成功研制出全球首個能在夜間發(fā)電的熱輻射二極管原型裝置。與傳統(tǒng)太陽能電池依賴吸收太陽光子產(chǎn)生電流的機制不同，這一裝置通過向更冷的環(huán)境發(fā)射紅外光子實現(xiàn)能量轉換，開辟了全新的發(fā)電路徑。

研究團隊指出，地球表面與深空之間存在顯著溫差：夜晚地表溫度約15℃，而宇宙背景溫度接近絕對零度。這種溫差驅動熱輻射二極管持續(xù)向外輻射熱量，并將熱能轉化為電能。實驗中，團隊使用紅外相機觀測到地球夜間釋放的紅外輻射——這正是白天吸收的太陽能在夜間以熱形式散發(fā)的表現(xiàn)，而熱輻射二極管首次實現(xiàn)了從這一過程中直接捕獲能量。

該裝置的核心材料為碲鎘汞，與夜視鏡技術同源。盡管當前原型裝置的發(fā)電量僅為傳統(tǒng)太陽能板的十萬分之一，僅能驅動電子手表等微型設備，但理論計算顯示其性能有潛力提升1000倍，達到熱力學極限允許的水平。這一特性使其在太空應用中展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。

在近地軌道，衛(wèi)星每90分鐘繞地球一周，其中45分鐘處于地球陰影中，期間依賴電池供電。熱輻射二極管可在衛(wèi)星黑暗期利用自身與深空的溫差持續(xù)發(fā)電，減少對電池的依賴，從而延長衛(wèi)星壽命。對于月球永久陰影區(qū)或太陽系外緣的探測器而言，這項技術更具革命性意義——當前深空任務主要依賴笨重、昂貴且材料稀缺的放射性同位素熱電發(fā)電機，而熱輻射二極管有望成為更輕量化的替代方案。

研究團隊已獲得美國空軍資助，計劃于2026年通過高空氣球試驗，在接近太空的環(huán)境中驗證該技術的可行性。他們的目標是兩年內將熱輻射二極管送入軌道，完成首次在軌驗證。這一時間表并非空談：1953年硅太陽能電池在實驗室完成驗證后，僅用五年便應用于第一顆太陽能衛(wèi)星，熱輻射二極管有望復制這一發(fā)展速度。

然而，技術落地仍面臨挑戰(zhàn)。當前使用的半導體材料需評估在高溫環(huán)境下的長期穩(wěn)定性——太空任務要求器件持續(xù)工作10至20年。為此，團隊正探索與傳統(tǒng)光伏產(chǎn)業(yè)兼容的材料體系，以降低未來規(guī)模化制造的難度。如果研發(fā)順利，熱輻射二極管有望在未來五年內進入實際應用階段。

從科學意義上看，這一發(fā)明填補了光電器件電流-電壓特性曲線圖的第四象限空白。此前，該區(qū)域被認為無法實現(xiàn)能量轉換，而熱輻射二極管通過紅外輻射發(fā)電的機制，為基礎物理研究提供了新視角。從微型設備供電到衛(wèi)星能源系統(tǒng)革新，從地面廢熱回收利用到深空探測能源革新，這項技術正打開一扇全新的能量轉換之門。