印度ISI认证新增12类产品

2020年4月1日，印度电子和信息技术部发布通告，将12类电子和信息技术产品纳入印度CRS电子和信息技术产品强制注册计划。自2020年10月1日起，以下新增产品需于本体或外包装上标示根据测试和注册取得的Standard mark，以便于海关清关作业，过渡期最长为3个月（2021年1月1日）。

灯具产品两项：灯具通用的独立式LED模块、灯串及绳灯；资讯类产品五项：键盘、ATM机器、USB接口的外部硬盘驱动器、256GB以上的USB接口外置固态硬盘、输出48V以内的外置开关电源；影音类产品三项：无线耳机、输入200W以内的电子音乐系统、电视机（非等离子/LCD/LED电视）；家电类产品两项：电饭煲、电磁炉。

澳大利亚RECS与REAS认证体系动态

RECS：2020年3月30日，澳大利亚维多利亚州能源安全局（ESV）发布更新公告称，自2020年4月1日起，继续接受REAS体系下所签发的电子产品安全证书，但证书必须同时符合RECS要求。对于已提交了RECS申请的认证机构，其颁发的REAS证书可以继续上传到EESS数据库直至另行通知。

REAS：2020年3月27日，新南威尔士州（NSW）电气安全监管机构宣布，自2020年4月1日起，产品标签上除RCM标志以外，还需要注明产品证书上的认证编号。在2020年4月1日之前，已在EESS数据库中注册的产品型号不受新规定的约束，但若证书到期或者需要修改，则需要按照新规定，取得新证书并在产品上注明认证编号。

2020年4月1日，新南威尔士州电气安全监管机构宣布新规定延期，但是并未明确新的生效日期。

沙特热水器类产品实施额外检测标准

根据海湾合作理事会标准化组织的通告，沙特标准、计量和质量机构（SASO）决定对进入沙特的热水器类产品实施额外检测标准GSO 1858。

具体实施计划如下：

（1）出口到沙特阿拉伯的热水器产品，申请G-mark认证时，除了满足已经公布的GSO协调标准IEC 60335-2-21外，还必须额外满足GSO 1858标准。

（2）2020年6月30日后新签发的热水器产品G-mark证书，必须包含GSO 1858标准。

（3）2020年8月31日后未确认符合沙特附加要求的热水器产品不能顺利进入沙特海关。

（4）已经签发的热水器产品G-mark证书，如果证书上所列的适用国家有包含沙特，则2020年7月15日前必须更新证书以确认额外符合GSO 1858标准。

（5）2020年7月15日起，未完成标准更新的热水器产品的G-mark证书, GSO NB机构应做暂停处理或更新证书，把沙特从G-Mark证书上所列的适用国家清单中删除。

疫情影响下多国认证监管机构的最新动态

国家、地区或组织 最新动态印度 印度宣布延长全面封锁至2020年5月3日。所有政府机构停止运作，BIS在此期间关闭，样品文件等快递也因此停滞。澳大利亚 认证机构在家办公，项目申请照旧。沙特2020年4月20日，SASO宣布允许接受符合相关标准要求的测试报告，前提是该测试报告的有效期不超过5年。此前，SASO宣布延长在SABER平台注册的所有证书的有效期限。对于2020年3月、4月和5月到期的证书自动延期3个月。对于2020年4月至7月提交的申请，工厂检查延迟执行。日本 PSE认证目前不受疫情影响，最新动态将会实时更新。韩国目前还没有正式通知或宣布关闭，可以居家办公。工厂检查延期，初始检查只需审核工厂文件，而无需进行现场工厂检查，接受后补进行工厂检查的确认信，定期工厂检查将视情况而定。马来西亚延长限制令的实施到2020年4月28日。对于产品认证计划（PCS），所有的审核员禁止出差直至进一步通知，所有更新自动延期至审核员可以出差；对于送样测试，4月28日之前，测试暂停；对于标签，4月28日之前，无法购买标签。泰国政府宣布自2020年3月22日起实施为期3周的软封锁以对抗Covid-19。TISI审核员在2020年4月30日之前不允许出差。期间，对于需要进口紧急货物的进口商，可以通过当地测试向TISI申请临时批次许可证，工厂检查豁免。厄瓜多尔 政府官员实行远程办公，因此预计导致认证周期延长。泰国海湾国家1.G-Mark证书更新：认证机构可以重复使用之前的测试报告，只要制造商提供认证产品没有技术改变的声明。此项新规定仅适用于在2021年3月31日之前到期的证书。2.更新证书标准：G-Mark证书要求使用最新标准并有24个月的过渡期，对于2021年3月31日之后过期的证书，制造商可以使用原证书直至2021年3月31日。欧亚经济联盟1.对于目前已签发的和有效的证书，所有中间检查(定期维护）可以推迟到Covid-19情况好转后进行。2.所有到期证书无需厂检和测试即可延期。当国家从危险国家列表中删除，审核将在3个月内进行。3.需要工厂检查的系列认证临时叫停。

（以上内容由CHCT中家院市场部供稿）

机器人的应用可在新型冠状病毒（COVID-19）爆发地区确保医护人员安全

目前意大利临床医生已经在使用机器人来检查意大利受灾最严重地区的新型冠状病毒（COVID-19）患者。机器人配有摄像头，医务人员可以远程观察病人和病人使用的医疗监护仪。机器人的外形设计（包括友好的面孔和大大的眼睛）可以让患者放松身心。这种情况下使用机器人不仅可以确保医护人员的安全，还可以减少使用稀缺的医用物资比如口罩和防护服。机器人甚至可以帮助那些能够熟练使用它的患者与医务人员直接进行交流。这款机器人具有60多个传感器，可以进行语言交互、面部识别、语音定位、视频聊天、规避障碍和自动充电。

国际电工委员会（IEC）为这些机器人所采用的许多技术（例如传感器、电池和半导体）制定了国际标准和相关合规评定程序。IEC直属的技术委员会（TC47）已经针对各种传感器和这些传感器中使用的不同组件出版了相关国际标准。机器人通常使用电池驱动，IEC TC 21为所有二次电池和基准电池推出了国际标准，标准涵盖安全安装规则、电池性能、电池系统性能、尺寸和标签。

IEC和国际标准化组织（ISO）的信息技术“联合技术委员会”（ISO/IEC JTC 1）及其几个小组委员会（SC）联合制定了有关人工智能的国际标准。ISO/IEC JTC 1/SC 42可以授权人工智能领域的标准化，并对IEC和ISO相关委员会提供指南用以开发AI应用程序。此外，IEC的相关技术委员会还制定了硬件组件标准，例如：触摸屏；音频、视频和多媒体系统与设备。

在对抗新型冠状病毒的应用方面，机器人还有其他用途。最近在《科学机器人》杂志上发表的一篇文章表明，机器人是对抗新型冠状病毒（COVID-19）的有效资源。可以部署机器人进行消毒，它们还可以运送药品和食物，测量生命体征等。另外，在当前的冠状病毒大流行的情况下，某些医疗用品的需求急剧增长，造成医疗物资短缺情况，比如医务人员需要的个人防护设备，测试用鼻拭子，以及呼吸机等。由于供应链的限制，中国许多生产相关设备的地区已经受到大流行的严重影响，因此新兴的数字制造公司正在涌现以填补供应缺口。这些制造商正在使用智能设备、机器人以及3D打印机来开发医用口罩和面罩，鼻拭子以及呼吸机组件。

国际电工委员会官网博客：https://blog.iec.ch/2020/04/robots-keep-medical-staff-safe-in-covid-19-hotspot/.

国际电工委员会IEC 电磁（EM）标准化策略

IEC标准化的主要目标之一是帮助电工行业应对电磁（EM）干扰，并将电磁兼容性（EMC）应用到各种电气和电子（EE）设备中。制定该领域标准的主要IEC技术委员会之一最近发表了一份战略报告，并得到了IEC标准化管理委员会（SMB）的批准。

电磁干扰的原因有很多种：比如，照明就可能会损坏某些电气和电子设备并导致这些设备停止运行。IEC的一项关键任务是提供相应的标准化要求和测试方法，并将电磁（EM）辐射降低到可接受的水平，并确保电器电子设备和系统具有足够的电磁抗干扰能力。几个IEC委员会和小组推出了与电磁兼容性（EMC）有关的标准，其中有两个特定的委员会专门负责整体电磁兼容性（EMC）、安全和性能测试。一个是IEC TC 77，主要是针对低频电磁（EM）辐射（低于9kHz）以及低频和高频电磁（EM）抗扰度的要求。另一个小组是国际无线电干扰特别委员会（CISPR），负责9kHz以上的无线电频率发射，重点是针对无线电干扰保护。CISPR是由IEC的国家委员会和许多国际组织组成的，包括CIGRE（国际大型电气系统理事会）、EBU（欧洲广播联盟）和ITU（国际电信联盟）。

未来新技术的发展会逐渐影响电磁兼容性（EMC）的标准化，因为新技术会影响到电磁（EM）环境。这些新技术应用的例子包括：随着工作频率的增加，对电源技术和微电子技术的使用越来越广泛；另一个是逐步实现智能电网以及随之而来的通信和信息交换；还有更高频率的应用，例如5G，以及电动汽车的感应充电技术。因此，TC 77已决定开发有关标准针对这些新技术导致的电磁兼容性（EMC）问题。目前，TC 77的一个小组委员会IEC TC 77 B的任务是制定关于宽带射频场抗扰性的测试标准，主要涉及5G网络。

国际电工委员会官网博客:https://blog.iec.ch/2020/03/iec-strategy-for-em-standardization/.

第5代移动通信技术（5G）网络的辐射测量

5G是最新一代的移动网络技术。与当前的4G网络相比，5G具有更大的容量以及更快的下载速度，更重要的是，5G可以对包括物联网（IoT）、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）在内的一系列技术的新应用和扩展提供支持，这对行业来说是一个令人非常兴奋的前沿技术。

IEC技术委员会（TC）106制定了有关国际标准，用以评估人体暴露于电场、磁场和电磁场的测量和计算方法。IEC 62232提供了用于计算无线电通信基站附近的射频场强度的方法，旨在评估人体暴露于通信基站射频场中的辐射情况，这个标准考虑了用于5G网络的毫米波频率。TC 106还与国际电气电子工程师协会（IEEE）建立了三个联合工作组（JWG），以在不久的将来为5G设备测试制定国际标准。

JWG 11正在研究计算方法，计算靠近头部和身体的辐射功率密度。目的是开发双重IEC/IEEE标准，用于计算6GHz至300GHz无线通信设备的功率密度。

JWG 12负责测量方法，测量靠近头部和身体的功率密度。将会制定双重IEC/IEEE标准，用于测量6GHz至300GHz无线通信设备的功率密度。

JWG 13正在制定IEC/IEEE双重标准测量程序用以确定比吸收率（specific absorption rate），该比吸收率是计算人体在暴露于射频电磁场情况下对辐射能量的吸收（频率范围为4MHz至10GHz）。

Michael A. Mullane (2020) - 国际电工委员会技术专刊https://iecetech.org/Technology-Focus/.

R134a和纳米油混合物的蒸汽压缩制冷系统的实验研究

制冷和空调应用占全球总能耗的15%，其中大部分制冷和暖通空调（HVAC）的应用涉及蒸汽压缩制冷系统。在实际的制冷系统中，一定量的油总是以“制冷剂/油”混合物的形式循环。即使在装有“油分离器”的情况下，油进入冷凝器和蒸发器也是不能完全避免的，特别是在那些配备有往复式压缩机的系统中。

当前对于这一问题的研究主要集中在纳米颗粒在蒸汽压缩制冷系统中的应用。研究的目的是了解和确定“纳米油”对蒸气压缩制冷系统各种性能参数的影响，例如制冷量、压缩机功率、压缩机排气温度以及制冷系统最重要的性能系数（COP）。通过将氧化铝（Al2O3）纳米颗粒分散在PAG油（聚亚烷基二醇）中来制备“纳米油”。之所以选择氧化铝（Al2O3）纳米颗粒，是因为与其他常用的纳米颗粒如氧化铜（CuO）和二氧化钛（TiO2）相比，氧化铝具有优异的热物理性能和较低的介电常数。为比较前面提到的蒸气压缩制冷系统（VCRS）性能参数，准备两种不同混合物，即“R134a/PAG”混合物和“R134a/PAG/Al2O3”（R134a/纳米油）混合物。系统分析是在几个蒸发器温度（范围从-11℃到1℃）以及两个不同的冷凝器温度（即30℃和34℃）下进行的。该系统的设置如图1所示。

本研究的主要发现总结如下：

（1）由于Al2O3纳米颗粒在PAG油中的混合，系统的性能系数COP提高了6.5%。

（2）使用R134a/纳米油混合的系统比没使用纳米颗粒的情况下的系统制冷能力高，并且在高的冷凝温度下，制冷能力的提高会更大。

图1 用于测试纳米油性能的实验测试装置

（3）向系统中添加纳米颗粒会导致冷凝器出口处的过冷度更高，并且发现在较高的冷凝温度下其过冷度略高。

（4）在蒸发器和冷凝器温度分别为1℃和34℃的情况下，对于R134a/纳米油混合物，单位制冷量压缩机功率最大可降低6.1%。

（5）使用R134a/纳米油混合物，压缩机的排气温度略高（最大增值1.5℃）。

Nair et al. International Journal of Refrigeration, vol 112, page 21-36.

液体干燥剂低温再生与超声雾化蒸发冷却相结合的实验研究

建筑空调系统的节能潜力很大。当前的研究表明，液体干燥剂冷却是蒸气压缩冷却的有效替代方式。在对新鲜空气进行除湿后，可以将除湿后的水进一步用于蒸发冷却。然而，从蓄热器排气中回收水是一个缓慢的过程，并且不适合用作蒸发冷却的供水。基于Maisotsenko循环（M循环）的简单几何结构，可以使蓄热式蒸发冷却器（REC）的温度低于湿球温度，并且还需要在降温水帘中进行额外的水循环。蓄热式蒸发冷却器（REC）在结合液体干燥剂除湿器的情况下能更有效运行，并具有巨大的节能潜力。而且，除湿过程中产生的水可以通过清除空气的冷凝水在再生器的排气口回收。由于冷凝水温度过高且收集速度较慢，因此不适合用作蒸发冷却的给水。

为了克服冷凝水温度高的问题，可以通过超声波技术实现蒸发雾化冷却来使得干燥剂稀释液的低温再生。在这项研究中，基于美国的一项专利（专利号6497107B2，其中M循环在单个设备中结合了热交换和蒸发冷却），制造了一种通过M循环与超声雾化器集成以用于液体干燥剂再生的新型再生蒸发冷却器。在各种空气和干燥剂温度、空气和干燥剂流速、湿度比和干燥剂浓度下研究了系统的除湿效果。该原型机（如图1所示）可以进一步开发为成熟的无水干燥剂冷却系统。

针对M循环的独立蒸发冷却器和超声波干燥剂再生器的组合进行实验研究，研究结论如下：

图1 测试台的示意图（左）和测试台实物图（右）

（1）基本结构可实现最低温度为19℃的整体湿球效率。湿球效率可通过增加萃取比来改善，但是当增加湿度比、进气温度和溶液流速时，湿球效率保持不变；当进气速度、干燥剂浓度和干燥温度升高时，湿球效率降低。

（2）随着再生潜力的增加，可通过提高进气温度而提高湿度效率（也称为再生效率），当进气湿度和干燥剂流量增加时，再生效率保持不变。尽管再生效率有效性随着干燥剂浓度的增加而增强，但这是由于等效湿度比下降的负面影响。再生效率随着进气速度、萃取率和溶液温度的增加而降低。

（3）低温干燥剂再生（35～50℃）的除湿速率为0.208～0.619g/s。通过增加空气和干燥剂的温度、进气速度和抽气比可提高除湿率MRR，但是增加进气湿度和干燥剂的浓度会导致除湿率MRR降低。

（4）干燥剂溶液的低温超声再生可通过M-Cycle应用到无水干燥剂-蒸发冷却系统，在该系统中，除湿水可再次用于蒸发冷却。

Arun et al. International Journal of Refrigeration, vol 112, page: 100-109.

消声器设计问题中评估感应噪声衰减性能的方法

为降低管道内部的流动噪声，消声器被广泛应用，例如用在车辆排气系统或家用电器的通风系统。在无功消声器中，当消声器的外部尺寸受到限制时，应调整内部隔板最佳放置，以改善主噪声频率范围内的噪声衰减性能。通过最佳设计的无功消声器，在实验和数值分析中均观察到了目标频率范围内的高效噪声衰减性能。但是，通常情况下，设计最佳的消声器实际安装在工业用管道上时无法降低管道噪音。因此，消声器设计者经常遇到消声器单元与安装在管道上的消声器的噪声衰减性能之间的差异。解决这一差异的工作重点应集中在实测评估噪声衰减性能的方法，而不是应用前的设计方法或分析的准确性。在消声器单元的声学分析和实验中通常使用三种不同的评估方法：传输损耗（TL），插入损耗（IL）和声级差（LD）或降噪（NR）。因此，需要对消声器设计方法和每种评估方法有一个准确的了解，以便进行消声器优化设计，目的是把消声器安装在管道上时能够有效地衰减目标噪声。

研究比较了三种用于评估消声器的噪声衰减性能的方法，提出了一种可用于优化消声器设计。评估标准是：理论上设计最佳的消声器在实际安装于管道上时是否能够充分衰减排气管中的噪音。首先，从基本声学方程式中得出TL，IL和LD的数学表达式，然后比较它们的特殊性。然后，提出了两个基于拓扑优化的消声器设计问题，以最大化传输损耗（TL）和插入损耗（IL），并针对相同的设计条件进行了求解。分别使用传输损耗（TL）和插入损耗（IL）作为评估噪声衰减性能的方法，获得了理论上的“最佳消声器设计”，并安装在管道上，从而比较管道尾管的噪声水平。

为比较TL和IL，针对消声器单元设计提出了两个针对TL和IL最大化的声学拓扑优化问题，并针对相同的设计条件进行了求解。因为L公式是针对消声终止条件定义的，所以当在管道上安装最佳设计的消声器时，它无法准确预测管道内的噪声降低。相比之下，使用IL作为评估方法进行最佳设计的消声器，只有将排气管的长度和管道处的阻抗准确地用于制定的消声器设计问题中时，才可以降低安装在管道上时的管道内噪声。

图1 优化设计的实验验证：（a）通过解决分配体积最小化问题获得的最佳拓扑方案；（b）与（a）中所示的最佳拓扑方案相对应的消声器实体；以及（c）模拟和实测传输损耗（IL）曲线的比较

研究结论可简单概括为：如果消声器在目标频率范围内的噪声衰减性能仅受其膨胀室的声学特性的影响，则可以将传输损耗（TL）用作消声器设计问题中的评估指标。但是，如果消声器在目标频率范围内的噪声衰减性能受排气管长度以及膨胀室声学特性双重的影响，则应使用插入损耗（IL）。

为了确认使用传输损耗（IL）设计的最佳消声器的准确性，提出了在目标频率范围内具有中等传输损耗（IL）值的分区体积最小化问题，并通过实验验证了的消声器（针对宽带降噪而进行的优化设计，参见图1（c））的噪声衰减性能。研究结果将有助于减少消声器单元与安装在管道上消声器的噪声衰减性能之间的差异。如果将它们与精确计算出的流量分析结果相结合，则可以应用于暖通空调（HVAC）领域中的管道降噪问题。

Lee et al. Journal of Sound and Vibration, vol 464.

通过不规则晶格结构使本征频率最大化

轻型结构易受振动的影响，因为与笨重的大型结构相比，小质量更容易受到外部影响（例如振动和个体冲击）。换句话说，轻型结构比重型结构更容易“振动”。减小高幅振动的传统方法包括增加质量和/或增加结构阻尼。但是，这些措施与轻型结构的原始设计目标的“轻”自相矛盾。

避免共振现象的另一种方法是通过几何形状的改变，将本征频率提高到高于外部激励频率。从技术上来说大多数轻型结构，例如典型的蜂窝夹层结构，格形结构或用于飞机、建筑物或起重机的钢梁结构，都具有规则的周期性几何形状。但是，即使它们遵循使用肋、格子和蜂窝的相同基本构造原理，自然的轻质结构常常非常复杂且不规则。现有研究表明，本征频率的增加会大大降低结构的动力响应。本征频率最大化对许多技术应用都是非常重要的。

在这项研究中，我们使用一种组合的设计和优化方法来生成不规则晶格结构，以研究这一结构的潜力，即：在保持低重量和高刚度的同时比常规结构具有更高的本征频率。通过参数构造生成不同程度且结构不规则的晶格结构，包括规则晶格（具有恒定且功能渐变的支杆横截面）和不规则晶格。用进化策略优化算法使第一本征频率最大化。考虑到与选择性激光熔化有关的几何限制，并且使用铝（AlSi10Mg）在选择性激光熔化条件下制造了三个优化的晶格结构。使用振动台在振动实验中测量这些结构的本征频率。我们采用的方法可以有效地生成500多个晶格结构。

图1 本文研究的晶格结构图示：a)俯视，b)侧面，c)三维

结果表明，与相同质量的规则晶格结构相比，通过使用不规则晶格结构，第一本征频率增加了58%。数值计算得出的本征频率与实验结果吻合得很好。有人认为，实现更高程度的结构不规则性是开发具有更高第一本征频率的方案的关键。复杂的不规则晶格结构的生成和修改可用于在优化过程中控制轻量级结构的本征频率。因此，增加本征频率的可能性是各个设计概念内允许的结构不规则度的函数。如果不限制复杂性和不规则性的程度，这种方法具有很大潜力。但在3D打印或浇铸过程中的典型的几何条件限制下，晶格结构也可以实现重大改进但无法最大化。此外还发现了一些迹象，这些迹象表明可以使用类似的优化方法来增加轻型结构的阻尼特性。得出的结论是，复杂的不规则晶格结构在开发轻质结构具有很高的潜力，比如改善其振动特性。

使用多个小型谐振器和声学超材料的虚拟赫歇尔-昆克（Herschel-Quincke）管

图1 两个平行的管道，由薄的刚性分离器隔开，管道1被刚性壁包围，管道2的管壁被阻抗覆盖。两个平行的管道构成一个虚拟的Herschel-Quincke管。

赫歇尔-昆克管（Herschel-Quincke tube，简称HQ管）可以通过声波叠加抵消的原理来减少管道传播的噪声。其工作原理是基于两条管道的路径长度不同，换句话说，两条长度不同的平行管道之间的相位差导致了声波互相消弱。在两个管道的上游和下游连接处反射的声波会转向其他管道，从而沿相反的方向传播。最终，它们在接口处被其他入射波或周转波抵消。路径长度的差异和在连接处的反射是应用HQ管的关键。对于常规的HQ管的管道截面和长度，壁耗很小，可以忽略不计。在平均流量的情况下，压降非常小，而在某些较窄的频带上却能获得比较大的噪声衰减。但是，这种电抗性消音系统的弱点也很明显，即调谐需要长的圆形通道，并且仅在狭窄的频带上有效。

研究了关于声学超材料在消音器设计中的实际应用，这种消音器会有很高的声学和几何效率，压降可忽略不计。目的是通过组合谐振、周期性、相位差和阻抗失配的影响，同时实现宽带衰减和低频衰减。周期性地加载到管道壁上的多个阵列小谐振器可引起在管道中传播的声音扩散。这种现象的实现可构建虚拟的赫歇尔-昆克（HQ）管系统。主导管分为两个相同长度的平行导管：一个刚性导管和一个管壁被周期谐振器覆盖的导管。为了模拟在分散管中传播的声音，可以在实现平均流量的情况下分析得出声音的相速度。此外，虚拟HQ管的衰减条件可以用来建立传输损耗（TL-Transmission loss）的准则，即：选择合适的设计参数并在需要的频率范围内实现损耗。

设计的虚拟HQ管系统有9个相同的四分之一波长管谐振器，用来预测传输损耗（TL）光谱，并和实际测试结果进行比较，数据表明预测传输损耗和实测损耗结果吻合良好。随着流速的增加，衰减量有所降低，但是对于马赫数小于0.1的条件下，一般的光谱特性都能得以保持。基于相同的原理，将声学超材料（AMM-Acoustic Metamaterials）应用于实际的消音器设计中，可以在给定的小空间内实现中低频的宽带降噪。测试了具有26个AMM单元的虚拟HQ管，其中一个单元由3种类型的四分之一波长管谐振器组成。实验很好地验证了对传输损耗（TL）的预测。结果表明，对于230～1000Hz的宽频率范围，传输损耗（TL）至少为5dB（分贝）。由于AMM附着层而导致的附加体积仅为40%，而传输损耗（TL）却远远大于具有相同剩余体积的简单膨胀室或耗散消音器的传输损耗（TL）。

Kim et al. Journal of Sound and Vibration, vol 466.

通过光伏机制将散发的热辐射转换成电能

1824年，一位名叫萨迪·卡诺（Sadi Carnot）的28岁的法国工程师发表了一篇如今广受赞誉的论文，试图解释如何有效地将热量转化为功。卡诺为我们对热力学的现代理解奠定了基础，但他也隐含地确定了能量回收和收集的途径，这可能被证明是21世纪应对气候变化的重要组成部分。卡诺的同名循环表明，在任何能量转换过程中，总有一些热量被排到冷池中——通常是周围环境。仅在美国，消耗的能源的61%就以这种“浪费”热量的形式被丢失了。但是，这种废热实际上并不需要损失。原则上，可以通过驱动另一个能量转换设备发电来将其回收。2020年3月20日，Davids等人在《科学》提出并实施一种将低温热量直接转化为电能的方法。

回收运输发电和工业过程中排出的热量，推动了固态材料和器件领域的广泛研究。很大一部分废热以辐射的形式损失，以长波和中红外（IR）波长的不相干的宽带电磁波发射。将这种热辐射转换为电是该研究领域中一个充满挑战的子集。特别是，热光电装置已显示出可通过光伏机制将发出的热辐射转换成电的巨大希望。通过使用光子学方法和近场效应，在热光电领域取得了实质性进展。但是，这些系统通常集中在高温源（＞1000℃）上，而在美国超过95%的热量浪费（以及85%的相关工作潜力）低于400℃。较长波长热辐射的直接转换带来许多挑战，例如较低的入射光子通量和有效的低带隙半导体的有限可用性。一种替代方法是使用整流天线，该整流天线在较低能量的微波频率下具有广泛的应用。在这些设备中，入射的振荡电磁波被天线状结构吸收，并驱动直流电流通过快速二极管。在较高的频率下，金属-绝缘体-金属配置的超快直接隧道二极管带来希望，但是在与IR热辐射相关的小电压下，隧道二极管所需的大不对称性仍然是障碍。

图1 ：来自低温热源的红外（IR）辐射通常会被浪费掉，但是某些专用设备可以将这种辐射转换为电能。双极半导体隧道二极管通过光漏斗和光促进电子隧穿的组合来实现这一点。

Davids团队应对这一挑战并展示了一种双极型金属氧化物半导体隧道结二极管，该二极管将电磁波谱（7～14 μ m）的长波IR部分中的入射光子转换为电。入射电磁波通过光栅耦合到电磁模式，该电磁模式将光强烈地限制在金属光栅和掺杂硅基层之间的3～4nm的二氧化硅阻挡层中（如图1所示）。强的电磁场集中度驱动电子从掺杂的P型硅进入金属并到达N型硅部分的光子辅助隧穿。尽管整个过程与光生伏打系统具有表面相似性，因为它使用了PN结，但电流是由两个金属氧化物半导体二极管之间的光子辅助隧穿而不是耗尽区产生的。作者使用全球标准的互补金属氧化物半导体（CMOS）平台可实现该技术最终所需的规模化。

Paul S. Davids et al. Science, vol.367, Issue6484, pp.1341-1345.

原位核磁共振NMR计量揭示了氧化还原液流电池中的反应机理

大规模储能对于平衡可再生能源的生产和消耗变得越来越重要。由廉价且可持续的氧化还原活性材料制成的有机氧化还原液流电池是有前途的存储技术，与钒基电池相比，该技术便宜且对环境的危害较小，但它们的寿命较短且能量密度较低。因此，需要在分子水平上基本理解以提高性能。《自然》2020年3月报告了两种用于研究氧化还原液流电池的原位核磁共振（NMR）方法，这些方法适用于两种氧化还原活性电解质：2,6-二羟基蒽醌（DHAQ）和4,4'-（（（9,10-蒽醌-2，6-二基）二氧基）二丁酸酯（DBEAQ）。在第一种方法中，当液体电解质流出电化学电池时，监测其1H NMR位移的变化。在第二种方法中，观察到整个电化学电池中正负极同时发生的变化。使用体磁化变化（通过水共振的1H NMR位移观察到）和醌共振的1H位移的线展宽作为电荷状态的函数，测量了两个单电子对的电势差，确定和量化还原和氧化物种之间电子转移的速率，并确定自由基阴离子上未成对自旋的电子离域化程度。这些NMR技术使电解质分解和电池自放电得以实时研究，并显示DHAQ通过反应进行电化学分解，该反应可通过限制充电电压来最小化。这些NMR方法在理解流动和其他电化学系统中广泛的氧化还原过程中将广泛应用。