纳米时代：基于芯片的微型发电厂

一个小小的硅芯片就能够产生驱动膝上电脑的动力？Lehigh大学的科学家们并不认为这是一个梦想，他们正在研制一种基于芯片的、能够产生氢供应微型燃料电池的微型发电厂样机。生产的氢量很少，但却能足以证明Lehigh项目是可行的。Lehigh小组相信，只要有足够的时间，他们就能够研制出一种硅芯片上容得下的、可以实际进行工作的发电厂，它可以生产足够的氢来运行不同类型的耗电便携装置。化学工程副教授Mayuresh Kothare说：“大约10年前，人们开始思考：‘我们能不能采用相同的硅芯片制造方法，但是不把硅芯片用在电子学上，而是把他们用在其它地方？’”不用作电子处理装置，芯片可以成为微小型化学发应堆或发电厂。Kothare说，在一个实验中，硅芯片被变成了一个小型蒸汽机。一般情况下用于传输电流的通道，被用来传输蒸气。这些通道可以同样容易地被用来传输各种反应物，为宿于芯片处理区上的微小型反应器或发电厂提供燃料。新墨西哥Sandia国家实验室的科学家们在一个实验中，在芯片上制造了一个微小型齿轮发动机（miniature geared engine）。Kothare说，“在Lehigh大学，我们的基于芯片的微型化学发电厂，将使用一种反应物，诸如甲醇或象柴油或汽油等烃类物质。这种反应物被传输到一个微型反应堆里，生产出氢来。我们已经制造出了氢，并且已经能够把反应物传输到反应堆中去进行必要的反应。”氢将被收集到一个可以驱动电子装置的微型燃料电池里。燃料电池通过氢和氧的电化学反应产生电力。这种芯片与普通的电子芯片尺寸相同，大约是3厘米×3厘米。微小型发电厂的燃料，是一小盒（cartridge）一小盒的甲醇或其它烃类物质。重整炉（reformer）将被用电加热，其中发生的反应可以制造出氢，氢将通过另一个微毛细管网传输到燃料电池中。Kothare说，当一个芯片不能产生足够驱动膝上电脑的电力时，那就把数十个或数百个微小的微型发电厂包装在一起，足够的电力就可以生产出来驱动各种电子装置。最近在德国的一个实验，验证了一个微型氢燃料电池驱动一台膝上电脑长达10个小时的时间。而一个普通的可再充电膝上电脑蓄电池，一般只能持续两个小时的时间。Kothare同时也指出，通过使用芯片发电厂，人们不必停下来给蓄电池充电。只需要把一个新的甲醇、柴油或汽油燃料小盒子插到芯片发电厂里面，电力就会继续供应。目前，制造一个可以工作的发电厂的障碍之一，是如何把反应物传输到微毛细管中。Kothare说，“想象以下您家自己房子里的管道吧！”“您可以买到标准的设备。但是没有标准装置可以用于芯片发电厂，也没有标准的管道可用。把反应物弄到里面去，本身就是了不起的大工程。你不知道有多少会泄露或蒸发，也不知道是否密封严密。”当Kothare及其同事们正在研制一个基于芯片的发电厂时，他特别强调，从微芯片基础上开发出来的元件可以有无限的用途。一项可能的应用，就是把一个处理芯片移植到身体里，实现各种医学功能。一个微型芯片分析仪可以吸入很少量的血液，并对血液中糖和胰岛素的水平进行分析。血液试验立即就可以进行，不必把血样送到一个实验室那里去了。 （spacechina.com网）