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| English: Idaho National Laboratory's history of innovation, part 3. (Photo credit: Wikipedia) |
研究者設計出一種廉價的方法來製造塑膠薄片，上面包含數十億根奈米天線（nanoantennas），能收集由太陽或其他來源所產生的熱能。這項技術在美國能源部 Idaho National Laboratory（INL）開發，是達成太陽能收集器（譯註：論文詳見 http://www.inl.gov/pdfs/nantenna.pdf）的第一步，那能夠在有彈性的材料上大量生產。
雖然將能量轉換成有用的電力仍待開發，但這種薄片有朝一日能當成一種輕量的「外殼（skins）」來製造，以比傳統太陽電池還要高的效率，為混合車到 iPods 的每樣東西提供動力，研究者表示，他們在 8/13 當天於美國機械工程協會在佛州 Jacksonville 所舉辦的 2008 年第二次能源永續性國際研討會上報告他們的發現。這種奈米天線也有潛力作為一種冷卻裝置，能夠從建築物或電子裝置中將廢熱吸出而無須使用電力。
這種奈米天線以中紅外線光（mid-infrared rays）為目標，當地球吸收了來自太陽的能量一整天後，它會不斷的以熱輻射出來。相較下，傳統的太陽能電池只能利用可見光，在黑暗中它們只得閒置下來。紅外線輻射是一種格外豐富的能量來源，因為它也會由工業製程所產生，例如燃煤發電廠。
INL 物理學家 Steven Novack 表示，工業界中的每個步驟都會創造廢熱，這些能量我們只是扔掉。Novack 領導這個研究團隊，那包括 INL 工程師 Dale Kotter、MicroContinuum, Inc. 的 W. Dennis Slafer，以及 Patrick Pinhero，現位於 Missouri 大學。
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| 運用奈米天線早晚都能吸收太陽能，比現在技術高3~6倍之效率 |
奈米天線是微小的正方形螺旋狀黃金，被安置在一個經過特別處理的聚乙烯（PE，一種用於塑膠袋的材料）形態中。雖然他人已成功發明天線，那從電磁頻譜的低頻區域，例如微波，收集能量，但紅外線光已被證明更難以捉摸。部份原因是，材料的特性在高頻波長時會大大地改變，Kotter 說。
研究者們研究了各種材料 -- 包括金、錳、銅 -- 在紅外線光之下的表現，並利用所產生的資料建構奈米天線的電腦模型。他們發現，在正確的材料、形狀與大小下，受激的奈米天線能夠在紅外線波長中收穫高達 92% 的能量。
該團隊接著創造真實的原型以測試他們的電腦模型。首先，他們使用傳統的製造方法以奈米天線圖案來蝕刻矽晶圓。基於矽的奈米天線與電腦模擬相符，在預期中的波長中吸收超過 80% 的能量。接著，他們使用壓印與重複（ stamp-and-repeat）的製程使奈米天線凸出（emboss）在塑膠薄片上。雖然塑膠原型仍在接受測試，初步實驗指出，它也能在期待的紅外線波長中捕捉能量。
奈米天線吸收紅外線輻射的能力使得它們有希望能成為冷卻裝置。因為物體以紅外光的方式發散熱，這些奈米天線能收集這些光線，並且以無害的波長重新散發能量。這樣的系統能冷卻建築物與電腦，而不需要空調或風扇所需之外部動力來源。
但是在奈米天線能將它們的能量轉換成電流之前，仍需要更多技術上的進展。紅外線光能在奈米天線中創造出交流電，那每秒振動數兆次，需要一種稱為整流器的元件將交流電轉換成直流電。今日的整流器無法處理如此高的頻率。"我們需要設計奈米整流器（nanorectifiers）那能與我們的奈米天線相配，" Kotter 表示，提到奈米尺度的整流器將需要比當前的商業化裝置小 1,000 倍，而且將需要新的製造方法。其他可能性是開發電子迴路，那也許能將電流減緩到可用的頻率。
如果這些技術障礙能被克服，奈米天線有潛力成為太陽能電池更便宜、更有效率的替代者。傳統的太陽能電池倚賴化學反應，那至多只能讓它們收集到的 20% 可見光有作用。科學家已開發更複雜的太陽能電池，具有更高的效率，但這些模組太過於昂貴以致於無法廣泛使用。
在另一方面，奈米天線能經過調校，倚靠其形狀與大小獲得特定波長。這種彈性有可能創造出雙面奈米天線薄片，那能夠從太陽光譜中的不同部份收穫能量，Novack 說。該團隊的壓印與重複製程也能夠拓展到大規模的輥與輥製造技術，那能以每分鐘數碼的速率印出陣列。這種薄片有可能覆蓋建築物的屋頂，或構成消費性電子產品，如手機、iPods，的「外殼」，提供連續不斷的、廉價的再生能源。
陪電波跳舞的單奈米碳管天線! ( Real single nanotube radio plays Layla )
在每個家庭都有很多不同種類的天線, 用來接收不同的頻率的電波訊息. 一般的天線大概就是靜靜地保持某個合適的姿勢來接收電波, 讓電波引起的電場在天線上共振. 這樣的共振的電子訊號在被解譯成各種資訊. 但是, 在很小很小的尺度上, 電波引起的天線電場的震盪是看真的會讓天線跳起舞來的. 這種電場跟機械震盪的偶合, 現在在單個奈米碳管所構成的天線上被紀錄到了!
影片中細細的那條東西, 就是在電子顯微鏡下的奈米碳管. 一開始的時, 這奈米天線找不到電波的頻訊, 所以就不動, 後來影片傳出歌聲, 表示找到電波的頻率. 開始接收電波以後, 電波引起的局部電場變化 讓整個奈米碳管都動了起來. 所以再聽到音樂的同時就看不到奈碳管, 因為他正在快速震盪. 換句話說, 奈米碳正跟著要接收的電波一起跳舞的呢!
夜晚的太陽能
太陽照射產生光與熱，取之不盡，在晴朗的熱天，太陽照射每平方公尺的光滑平面，約有一千瓦的能量，問題是怎麼採集。太陽電池的吸光板，是最常見採集能量方式，吸光板的基本原理，是把太陽的光、轉換成電，即是所謂的光電效應 (Photovoltaic Effect)。吸光板的材料是矽半導體，陽光照射有一部份穿透、一部份反射，而另一部份則為矽半導體吸收，受到光線的刺激，半導體內的電子開始鬆動，加以電場引導，鬆動的電子就開始流動，成為電流。所以太陽照射就來電，太陽下山就沒電，當然可以用電池來儲存備用。
夏日炎炎，太陽雖然下山仍是悶熱，原來陽光白天照射地面，一部份被地面吸收的熱能，在晚上釋放出來，所以仍感覺到熱，但太陽能電池僅能吸收光線，轉換為電能，卻不能吸收熱能轉為電能，這一教人覺得可惜的現象，現在有解了。就在上週，美國愛達荷國家實驗室 ( Idaho Nationbal Laboratory ) 發表研究報告，說與業界學界共同研發出一種便宜的能源技術，可以印在軟性材料上，而且天黑之後仍能製造能源。這個技術，是把導電的金屬線製成極小的螺旋方塊，連在一起放在膠布上（如圖、點選放大），作為採集熱能的器具，估計可以採集到 80% 的太陽能量，而現在的太陽電池，僅能採集到 20% 的太陽能。
上面說的螺旋金屬方塊，形狀有如天線，而且小到奈米程度，僅有頭髮粗細的 25 分之 1 大小，研究人員稱為奈米天線 (Nanoantenna)（如圖、點選放大），所接收的信號，就是太陽的熱能、也就是紅外線，包括太陽白天照射地表、晚上以紅外線的型態釋放出來的熱能。奈米天線雖小到原子層次，但仍舊是天線，依天線的原理與紅外線頻率產生共振，製造交流電流。
這一技術所以會運作成功，當然是拜奈米科技之賜，奈米技術把東西越做越小，而且發揮各種特性。奈米天線日夜都能運作，效能較目前的太陽能電池大幅提昇，研究人員期望找出更好的組合與製造方法，把奈米天線製成一卷，好像現在的保鮮膠膜、或是鋁箔紙，才好廣為應用。目前已經能在六吋大的材料上，印製 1000 萬個奈米天線。
研究人員很興奮，認為這一奈米能源技術，將來很可以替代目前的吸光板，因為吸光板主要用矽的半導體作材料，不但供應少、價格高，還要塗抹有害的材料來提升效益。奈米天線就沒有這些缺點，可以使用多種導電的材料製作，而且很容易印到薄軟如塑化的材質上。為了快速製成成品，研究人員構思用便宜的現成材料製造，希望便宜到低價位地毯的價格。至於應用的地方，那就多了，可以用到手持電器給電池充電、安裝到住家房頂供室內照明，甚至進一步與布料結合，做成自動發電的衣服。
新技術總會想到以後怎麼樣的廣為應用，但從實驗室走到商場，並不那麼容易。奈米天線在製造上或許較為簡單，但如何儲存與傳送所產生的電能，仍是一大挑戰。紅外線固然可以產生交流電，頻率卻在原子的層面，高達每秒鐘 10 兆次，而我們用的電器每秒鐘僅需 60 次，研究小組正在研究降低頻率的方法，並且轉換成直流電可以儲存到電池。研究小組，已經有多種能源轉換技術申請專利，成員仍然樂觀的認為不出幾年，新一代的太陽能採集方式，即將普及問世。
太陽能取之不盡、用之不竭，地球上不能補充的能源即將耗盡，日後必會有更多的研發打太陽的主意，更方便的技術來採集、轉換、儲存、傳輸太陽的能量，奈米科技也必繼續扮演重要角色。
重點分析
- 數十億根奈米天線技術，是把導電的金屬線製成極小的螺旋方塊，連在一起放在膠布上，作為採集熱能的器具，估計可以採集到 60% ~ 70% 的太陽能量，比現在的太陽電池，僅能採集到 20% 的太陽能更有效；
- 在正確的材料、形狀與大小下，受激的奈米天線能夠在紅外線波長中收穫高達 92% 的能量；
- 以奈米天線技術吸收80% 的太陽能量，可以直接點亮 LED 路燈，許多城市可能設計都改變；
- 數十億根奈米天線技術，作為採集熱能的器具，估計可以採集到 80% 的太陽能量，白天晚上都可以採集太陽能量，就足以省上許多儲能系統成本，使整個競爭成本遠低於現在光伏太陽能發電系統。
- 未來也可以用石墨烯高度有效地將光能轉化為電能。
