产生能量的方法和装置制造方法及图纸

一种最新发现的化学反应物的应用，该化学反应物在反应剂结合以在催化剂表面形成产物时形成，用于发电、产生辐射束或者机械运动。本发明专利技术还提供把所述产物转换成电或者运动的方法。发电机由放置在基底上的催化剂超微结构簇、超微结构层或者量子阱构成，基底包含一个半导体二极管，和一个在基底表面上邻近催化剂的半导体二极管。产生机械运动的装置由放置在基底上的催化剂超微结构簇、超微结构层或者量子阱，和一个与基底的不反应侧接触的液压流体构成，同时催化剂和基底两者的表面都机械地形成以加强对流体的单一方向的力。两个装置都使用与催化剂接触的液体氧化剂混合物。所述装置把反应产物的几乎所有部分都在这些产物与其周围平衡之前的短暂时间内转化成有用功。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在以释放能量形式达到热平衡之前从在催化剂的表面上发生的化学反应提取电能或化学能或相干辐射。这些平衡前的发射的发现为把平衡状态前可得到的高级化学能量转换成有用功提供了新的途径。术语“平衡前”系指反应产物还没有达到热平衡的时间段，不论是多么短暂。这些产物包括能量发射，诸如载流子；一般与光分波的晶格振动和与声分波的类似波长和能量的振动相关的高频声子；及激发态的化学产物类。在发现这些快速的能量发射途径之前，催化过程产生的能量，例如热的吸收和热的形成都被认为是与平稳状态相关的热。确实，在数十毫微微秒之后，载流子发射就热能化，并且在数微微秒至数百微微秒之后声子发射就热能化。专利技术概述在本专利技术的一个实施例中，由在簇或超微结构的簇催化剂表面之上或者之内的化学活动及反应，诸如电子-空穴对之类的载流子的发射，转换成电动势。在一个实施例中，在催化剂和半导体之间形成的诸如P-N结二极管和肖特基二极管之类的半导体二极管用于实现这种转换。二极管设计用于收集弹道载流子并且可以是肖特基二极管、PN结二极管或者由各种金属-半导体-氧化物结构的结合形成的二极管。中间层氧化物厚度优选地小于与适当的载流子(例如空穴或电子)的能量丢失相关的特定弹道平均自由行程。把所述二极管放置得与催化剂的超微层或者超微簇接触或者在其附近，数量级约小于源于催化剂内的适当弹道载流子的平均自由行程的距离之内。在一个实施中，二极管邻接催化剂簇，而在另一个实施中，二极管处在催化剂下，作为一种基底。载流子弹道地通过可能超过适当制造的半导体结的宽度的距离，类似于热离子效应。然而，与热离子效应不同，本专利技术情况下的载流子不需要有大于有关材料的功函数的能量。载流子的移动被捕获成为结的两侧之间的费米能级差，或者说化学势。产生的电压差与光电收集器的电压差无区别。然而，载流子把自身迫入价带或者导带，并且此循环提供对立物空穴或电子。本专利技术还提供装置和方法用于把催化反应产生的能量在能量热化前转换成机械运动。在一个实施例中，转换得到的运动用于对抗阻挡压力从而移动液压流体。量子阱、原子平滑超点阵结构和纳米制造技术中的最新发展使得在一定程度上能够定制物理参数以利于特定的反应途径(载流子、声子、光子)或者说提高能量收集器的效率。本专利技术所述的装置的工作温度可以低至数百度的绝对温度，这比常规的热光电系统和热离子系统的典型工作温度(1500到2500度绝对温度)要低得多。而且使用本专利技术所述的平衡前发射可最终达到的单位质量的功率和单位体积的功率超过燃料电池、常规的热光电系统和热离子系统的单位质量的功率和单位体积的功率。而且，与需要复杂的管路的燃料电池比较，本专利技术的装置能够在同样的管路中混合燃料和气体，从而简化了管路的要求。高体积和质量功率密度、简单化、及较低工作温度的总成使本专利技术的方法和装置有竟争力并且有独特的用处。详细说明附图说明图1示出本专利技术所述的用于发电的装置的一个实施例的剖视图。图1所示的装置包括一个安排在装置的上表面上的催化剂105，以与氧化剂分子103和燃料分子102进行接触。在图1所示的实施例中，催化剂105可以包含铂或者钯，氧化剂103可以包含空气而燃料102可以包含氢或者诸如甲烷或者乙烷之类的反应剂烃。废气分子104由催化了的反应产生。图1所示的示例装置含有一对起载流子收集器作用的肖特基二极管，其中一个二极管113(“邻接的表面二极管)安排在装置的顶表面上，邻接催化剂105，而另一个二极管109(“基底二极管”)安排在基底108中，在催化剂之下。如图所示，在邻接表面二极管113和基底108之间安排一个绝缘层111。二极管109和113优选地含有一种双极半导体材料，诸如铟锗砷锑，该半导体材料具有优化选定运转条件的精选的组成。例如在催化剂表面上每厘米能量2340开合伸展振动的二次谐波给出0.58伏特的光子能量。(这匹配于最新开发的铟锗砷锑二极管的0.53电子伏特的能带隙，说明于G.W.Charache et al.，“InGaAsSb thermophtovoltaicdiodePhsics evaluation，“Journal of AppliedPhysics，Vol.85，No.4，Feb.1999)。二极管109和113优选地有较低的势垒，诸如0.050至0.4伏特。基底二极管109应当充分地正向偏置(例如，达3伏特)以把其导带和价带提高到催化剂105的费米能级之上，从而匹配催化剂表面上吸附的反应剂，诸如氧或者烃自由基的能级。这诱发由光子穿过势垒进入基底二极管的能量的共振。氧化物势垒或者损耗层区域的大小应当保持小于弹道传输的尺寸，后者在10毫微米的数量级。诸如镁、锑、铝、银、锡、铜或镍之类的金属可以用于形成催化剂105和基底二极管109之间的中间层106。中间层106起提供催化剂材料和基底之间点阵结构参数匹配的作用，所述匹配转而提供一种平滑且平面的介面表面，用之构成一个由催化剂、中间层之上和之下的真空构成的量子阱结构。具有平滑的介面表面的量子阱结构改变沿朝向基底和真空的方向的电子状态的密度，从而提高有理想能量的电子的数量。催化剂和中间层的厚度应当小得足以让载流子进行弹道传输。此尺寸典型地小于20毫微米。在当前的技术条件下可以达到厚度小于0.5毫微米的量子阱结构。量子阱结构可以构成为岛，就像在一个表面上的贴饼似的(也称为“量子点”)。图1的装置还可以包括一个安排在基底二极管109和催化剂105之间的不导电层107。该可由氧化物组成的层107，可使二极管109能够正向偏置而不显著地增加正向电流。层107为这种正向电流提供了一个势垒。也可以在催化剂105和表面二极管113之间的装置表面上安排一个可选的氧化物114。电接点101、110和112安排如图1所示。接点101和110起基底二极管的电输出引线的作用。接点101和112是表面二极管的电输出引线。在图1的装置中，催化剂层105含有一个量子阱(包括量子点)，其厚度典型地小于20毫微米，并且小得足以改变催化剂中的电子态密度以利于产生基本上单能级的空穴或者电子。基底二极管109和催化剂105可以由一个金属中间层106分开，该层使催化剂的点阵结构参数与该中间层匹配。催化剂105和中间层106含有量子阱。中间层106应当足够地薄从而使得能够无能量改变地向二极管内传输电子。中间层106的厚度应当优选地小于20毫微米。在本专利技术所述的装置的一个实施例中，基底二极管109含有一个n型直接能带隙半导体，它具有一个精选的以利于能量电子发射的能带隙。在另一个实施例中，催化剂层105的厚度或者簇尺寸(如果安排成簇)足够地小，从而使得能够出现能带隙、离散的电子态和与团块的同样材料不同的催化剂特性。在此情况下催化剂105优选地可以含有金、银、铜，或镍并且可以安排成单层，200个原子的簇。图2示出本专利技术所述的装置的一个实施例，其中由在催化剂表面、簇或者超微结构之上或之内的吸收反应和键合反应产生的声子发射转换成液压传动液的压力。根据本专利技术，进入催化剂体的第一侧上的声子所产生的压力形成一种声子波，该波可以由催化剂(或者其上可设置催化剂的基底)的几何形状引导，从而声子移动到基底的另一侧并且向液体传递压力。此行程的厚度应当小于声子方向基本上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动物体的方法，包括：在一个基底上提供一种催化剂；把反应剂放置得与催化剂接触，反应剂与催化剂相互反应并且产生声子，其特征在于，声子脱离催化剂进入基底中；和把声子向所述物体引导。

【技术特征摘要】
US 1999-5-4 09/304,9791.一种移动物体的方法，包括在一个基底上提供一种催化剂；把反应剂放置得与催化剂接触，反应剂与催化剂相互反应并且产生声子，其特征在于，声子脱离催化剂进入基底中；和把声子向所述物体引导。2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂安排在多个簇中。3.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的物体是与基体的表面接触的流体。4.一种发电的方法，包括在催化剂的表面上形成高度激发态的物类，从而辐射电磁能量；并且把电磁能量用光电收集器转换成电。5.权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的物类包括激发态的基团和排出产物中的至少一种。6.权利要求4所述的方法，其特征在于，包含用一种光腔强化和加速反应发射速度。7.权利要求4所述的方法，其特征在于，含有用一种光腔强化一种谐波辐射。8.权利要求7所述的方法，其特征在于，谐波辐射包括有两个或者多个量子数变化的多极辐射。9.权利要求4所述的方法，其特征在于，催化剂工作在大于每平方厘米一瓦特的峰值表面密度。10.一种产生电磁能量的方法，包括在催化剂上形成高度激发态的物类；和激励该物类以发射电磁辐射。11.一种用于发电的装置，包括一种催化剂，和一种基底，其中催化剂安排在基底上，并且基底包括一种基底二极管用于从催化剂接收载流子，其特征在于，在引入与催化剂接触的一种燃料和一种氧化剂后，通过催化剂发射载流子，并且跨基底二极管出现电位。12.权利要求11所述的装置，其特征在于，含有一种安排在基底二极管和催化剂之间的不导电层，其中不导电层能够控制基底二极管的正向偏置和正向电流特性。13.权利要求11所述的装置，其特征在于，含有一种表面二极管，该表面二极管安排在催化剂的反应剂一侧用于接收和捕获电子。14.权利要求11所述的装置，其特征在于，所述基底二极管正向偏置，从而把其导带和介带提高到催化剂的费米能级以上，使之匹配所吸收的物类的能级。15.权利要求11所述的装置，其特征在于，所述基底二极管含有一种铟锗砷锑半导体。16.权利要求13所述的装置，其特征在于，所述表面二极管含有一种铟锗砷锑半导体。17.权利要求11所述的装置，其特征在于，所述燃料包括乙醇、甲醇和氢中的至少一种。18.权利要求11所述的装置，其特征在于，基底二极管是肖特基二极管，该二极管具有大于催化剂表面上的反应能量的能带隙。19.权利要求13所述的装置，其特征在于，所述表面二极管是肖特基二极管，该二极管具有大于键接的能量或者反应的能量的能带隙。20.权利要求11所述的装置，其特征在于，基底二极管是肖特基二极管，该二极管具有一个高度在0.05至0.4伏特范围内的势垒。21.权利要求13所述的装置，其特征在于，所述表面二极管是肖特基二极管，该二极管具有一个高度在0.05至0.4伏特范围内的势垒。22.权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的催化剂包括铂和钯中的至少一种。23.权利要求11所述的装置，其特征在于，所述催化剂包括量子阱和量子点中的至少一种，量子阱和量子点厚度充分地小，从而以改变催化剂中的电子态的密度以利于产生基本上单能量的空穴或电子。24.权利要求11所述的装置，其特征在于，含有一层安排在基底二极管和催化剂之间的金属，其中此层金属匹配催化剂点阵结构参数并且使金属和催化剂层能够形成为量子阱。25.权利要求12所述的装置，其特征在于，所述催化剂厚度是一个毫微米或者以下。26.权利要求11所述的装置，其特征在于，所述基底二极管包括一种n型直接能带隙半导体，该半导体具有一个利于能量电子发射的能带隙。27.权利要求11所述的装置，其特征在于，催化剂的尺寸充分地小，从而有不同于同样材料的团块的特性。28.权利要求11所述的装置，其特征在于，催化剂包括金、银、铜和镍中的至少一种。29.权利要求11所述的装置，其特征在于，在装置的底表面上含有一种冷却剂。30....

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼C朱佩罗，贾瓦哈M吉德瓦尼，
申请(专利权)人：奈奥克斯摩特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]