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用激光给飞行中的无人机充电
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用激光给飞行中的无人机充电 无线充电对于手机、手表、耳机和其他科技产品已不是什么新鲜事。如今，研究人员希望让无线充电飞上天——通过将激光束发射到无人机机翼下方，为飞行中的无人机充电。 基于太阳能电池设计理念，科学家设计了一种轻量化接收器，可捕获激光束的能量并将其转化为电能。为了让设备保持冷却，他们将其放置在无人机机翼下方，并利用隔热技术，使接收器能将更多激光能量转化为可用电力。相关研究7月29日发表于细胞出版社旗下期刊《物质和光》。 “想象一下，未来巡视森林、监测灾害或递送包裹的无人机不再需要频繁降落更换电池。”论文通讯作者、中国民航大学副教授韩建华表示，“随着无人机承担更长时间的任务，电池寿命已成为最大的障碍之一。” 该技术依赖一种钙钛矿激光电池—热电（PLC-TE）串联器件，这是一种针对激光而非太阳光的优化过的太阳能电池。钙钛矿层将激光能量转化为电能，而热电层捕获原本会以热量形式损失的能量。激光照射侧（较热）与另一侧（较冷）之间的温差越大，热电层产生的电力就越多。 但高功率激光也会显著加热设备，降低其效率。“当我们用高功率激光测试该器件时，热像仪显示温度达到80至90摄氏度，这远高于我们的预期，让我们意识到热量积聚是一个比我们想象中严重得多的问题。”韩建华说。 为防止设备过热损坏，研究人员在PLC-TE串联器件中嵌入了专门的纳米晶体。这些纳米晶体导热性差，能起到热障作用，减缓热流，帮助设备在长时间激光照射下保持性能。在绿色激光下，该系统将38.49%的入射能量转化为电能——这是同类技术在类似条件下报告的最高效率之一。 作为概念验证，团队还将该器件集成到静态无人机模型的机翼下方，并在机翼上开出空气通道。用绿色激光照射该器件，成功驱动了模型的螺旋桨叶片。此外，气流进一步冷却了热电层的冷端，提升了器件的整体性能。 “以往的研究大多集中在材料或器件本身，我们想超越实验室的局限，思考该系统如何实际集成到飞行器上，在运行中冷却，并与飞行兼容。这不仅仅是材料科学问题，更是工程问题。”韩建华说。 该器件尚未真正飞行。下一阶段测试将利用轻型无人机进行搭载，以证明其能在户外可靠运行。研究人员还需考虑如何用激光束精确跟踪移动的无人机，以及如何确保该技术的安全性。 “我们的工作展示了‘用光为飞行器加油’的可能性。”韩建华说。“从1到100还需要解决许多工程挑战，但我们希望这能为未来发展提供一个起点。” 图片来自作者。 相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matlit.2026.100066 |
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