◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys.3322.org)(xys.freedns.us)◇◇ 　　对“无偏二极管”的分析与探讨 　　王守恒 　　在网上终于查到了徐业林研究员发表在《导弹与航天运载技术》2000年第3 期的《无偏二极管的实验与分析》一文 (http://www.calt.com/information/magazine/200003/0311.htm )。该文就是 徐研究员在《徐业林谈他的无偏二极管》一文中提到的《导》文。在该文中，徐 研究员介绍了他的无偏二极管的基本制备工艺，测试结果，与机理解释。读后， 不由使人想起伏打电池。 　　我们知道，今天各种各样的电池都起源于1800年意大利人伏打(Alessandro Volta ，1745-1827)的一项发明。受珈伐尼青蛙实验的启发，伏打经反复实验后 发 现将含盐水的湿麻布夹在铜和锌的金属板中，在金属板的两端用导线与小灯 泡连接后就有微弱的电流在回路中产生。为了增加电动势，伏打又将这一原始装 置重复串联起来，形成所谓的伏打堆。目前所用的几种常用电池都是对伏打电池 的某种改。例如有在汽车上常用的铅极蓄电池，用于电视遥控器、电子表上的镍 镉充电电池，以及用于照相机上的锂电池等。但无论如何变化，这些电池都是由 两个金属电极与中间的电解质组成。 　　值得一提的是这样的发明绝不是人类的独创，大自然早就在生物界一些鱼类 身上造化出更高级的“伏打堆”，例如生活在南美洲河流中的电鳗鱼本身就是一 个由上百万片的“电极”串联而成的“伏打堆”，当然，水是其天然的电解液。 这个“伏打堆”在鳗鱼大脑与神经的控制下可发出高达600多伏的脉冲电压，用 以自卫、扑食、或导航之用。据有人统计，类似这样的电鱼在自然界中大约有 500多种。 　　据《导》文介绍，“无偏二极管”也是由两块金属板作为电极的，但两电极 板间不是电解液，而是一层半导体薄膜。如同电池一样，“无偏二极管”的用途 也是发电。因此无论从构造上还是用途上它更象电池而不象二极管。因为在构造 上，二极管是由搀入不同杂质的硅(或锗)所形成的P-N结组成的，在用途上，二 极管主要在半导体电路中用来作单向开关或整流等(参见 http://nobelprize.org/physics/educational/transistor/function/index.ht mll )。因此，称其为“无偏二极管”是很牵强的。若称其为“某某某电池”(如 “纳米井电池) 也许会更名正言顺一点。 　　不管其名字正不正，问题的焦点是这种装置能否不需外界的能量输入就可以 “自动重复”地“巧用循环”从自然界中吸取能量。如果真的如徐研究员与光明 日报所报导的那样，那么这将是到目前为止人类最伟大的一项发明，将会从哲学 与科学各个方面改变人类的思想与观念，其在科学上的贡献可以与牛顿、爱因斯 坦相提并论。在技术上，可以与瓦特、爱迪生相提并论。在经济上，它将使世界 上所有的石油、天然气、煤等一钱不值。在军事上，可使海湾战争显得毫无意义。 在政治上，将为各个国家解决能源危机这个大问题。在环境上，可以极大地解决 污染的问题。其政治经济与社会意义无法测量。这也可从目前能源转换技术的现 有水平来看。目前世界上最先进的蒸汽轮机的效率约为33 - 35%，即烧1吨煤 ， 大约只有350公斤的煤能最终转换成电能，其余近2/3的煤都变为余热与污染物释 放到大气里去了。最先进的燃气轮机的效率约为42-45%，最先进的蒸汽-燃气联 合循环的效率也不超过60%。这是目前全人类在发电业中能量转换的最高水平。 在能量转换效率上一般每提高1个百分点，就需要大量的人力，物力，资金的投 入来作研发与商业验证的工作，目前世界上只有少数几个国家有此实力(美，德， 日，英，法，俄，中国等国家，中国目前只有生产蒸汽轮机的能力)。因此如果 不需要能源就可以源源不断地发电的话，其价值就不言而喻了。那么“无偏二极 管”果真是一个“玄之又玄”的“众妙之门”吗？ 　　事实上，根据《导》文的描述，“无偏二极管”是在一定真空状态下，由镀 膜机将其原材料加热蒸发镀层而得到的。请注意，无论蒸发固体与抽真空都需要 能量的输入。我们不妨将这些能量称为“制备能量”。虽然制备能量的大部分会 在固体成膜冷却之后变成热量散发掉，但也不排除有一部分能量“蓄储”在这三 个膜组成的复合体里，例如，相对于它们未被复合之前，复合之后至少有如下3 种能量的增加：(1).固体成膜之后所增加的表面能，(2).在膜与膜相结合的界面 处所存在的结合能，(3).如若象《导》文所述的那样，在极板之一上存在有“小 坑电势”的话，那么这种小坑里还存在有电势能。我们不妨将这些能量 统称为 “蓄储能量”。 它显然来自于制备能。下面再让我们看看该装备制成后其能量 的输出情况。根据《导》文图3所示，这个装置的电流输出约为0.11微安，电压 输出约为105毫伏。《导》文发表于2000年，保守地假设该装置在此5年前既已制 成，且在其制成后到目前为止的十年间连续不断地发电，那么其发出的电能总和 也只有百万分之一度的电，其当量热值甚至不足以将十万分之一克的水从室温烧 成开水。因此这个装置实际上就是能够极其缓慢地释放蓄储能量的一种“电池”。 当人们看到它日复一日，月复一月、甚至年复一年地发电时，只注意到了其连续 性与持续性，而忽视了其微弱性，当然更看不到其内部的储电机制，因此容易产 生误解。 　　从经济角度上看，现在利用煤电，气电，风电等技术发出1度电的造价约为 3-5美分，或0.3-0.4元人民币左右。据《导》文中所给的数据计算，“无偏二极 管”大约需1000万年的时间才能发出1度电来。可以想见在制备过程中，将锑、 硅，铬3种原材料熔化蒸发并将镀膜机抽真空所需要的能量很可能不是几度电可 以解决的(1度电的能量可烧开约10克水)，再加上材料费等，投入会大大地超过 产出。当然，目前这种发明正处于实验室科学研究阶段，谈经济性可能还为时过 早。主要想说明的是这种发明决不象媒体报导的那样，简直就是一种呼出欲出的 “取之不尽的新型能源”了。 　　认真拜读了《导》文后，觉得有诸多可商榷之处，但可能会说来话长，限于 篇幅与时间，暂不讨论，只就其中一些有关基本概念的地方加以讨论如下。 　　《导》文：“在半导体中有很多的导电电子,每立方厘米半导体中有10^18个 导电电子。它们在作杂乱无章的热运动，其速度为107　cm/s，是人造卫星速度 的几十倍。可见导电电子的能量是很大的。”评：自由电子的能量不但和速度有 关，还和质量有关，电子质量极其微小(9。11*10-31 kg)，因此一个电子的所拥 有的能量也微乎其微。若按每立方厘米半导体中有10^18个导电电子计算的话， 即使所有的电子都朝着一个方向运动，其能量迭加起来也不过只有0.005焦耳， 这是一个极其微小的能量。又评：导电电子是作定向运动的电子，不是作“杂乱 无章热运动”的电子。 　　《导》文：“人类从自然界获得能量，有两种途径。一种是向物质要能量： 如内燃机、蒸汽机、原子能反应堆，这类机器统称为物质发动机，它们的共性是 散发余热；另一种获得能量的途径是向内能库要能量，由无偏二极管组成的内能 发动机就是其中的一种，这类发动机的共性是散发余冷。”。评：从科学意义上 (而不是经济意义上)，真正的“物质发动机”是核能反应堆(不是原子能反应堆)。 核能反应是通过原子核裂变而将物质变成能量的一种反应，反应后比反应前的物 质减少了，能量增加了，符合爱因斯坦的质能关系式。内燃机与蒸汽机属于热机， 将燃料里的化学能通过燃烧变成热能，反应前后虽然物质形式不同了，但质量守 恒。又评：在能量转换装置系统中，核能、煤与天然气的化学能等皆为内能。在 一个系统中，内能是相对功而言的，所有的能量转换装置都是将内能转变为功的 一种装置。再评：如果“无偏二极管”是向外“散发余冷”的话，它的温度就会 升高，似乎后来徐研究员说他测得“无偏二极管”的温度是下降的。 　　《导》文：“人们所吸入的氧气，来自于人呼出二氧化碳，而植物吸收二氧 化碳，释放氧气这一循环；水也是来自于蒸发──降雨循环。大自然的这种循环 使人不付出任何劳动，就可以无偿地获得收益”。评：人不付出劳动，并不等于 循环就不需要能量输入。事实上，这两个循环的能量都是靠太阳源源不断地向地 球输送能量来维持的，这是一个生态上的常识。顺便提一下，近年来，利用自然 力量，如太阳能与风能这些可再生能源来发电的技术已趋于成熟且在经济上也基 本具备了可行性，但这绝不意味着不需要能量就发电了，同时在经济上也不是无 偿的(有些时候甚至还会得不偿失)。 　　最后指出，笔者认为如果《导》文中实验结果是切实可靠的话，无论其理论 探讨如何，还是有科学研究价值的。但不能在热力学第二定律上绕圈子，这样只 能误入歧途，浪费时间。应从机理上入手，弄清其来龙去脉，然后选一个应用领 域朝实用技术开发的方向走下去(例如其中一个领域是航天器上用的电池)。在机 理研究上，需要有懂固体物理与金属材料(SEM电镜)的人协同合作。在实用开发 上，需要有懂纳米制造与能源利用的人合作。在争取科研经费上，可实事求是地 强调纳米技术与能源利用等。 (XYS20041224) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys.3322.org)(xys.freedns.us)◇◇