自然世中电能可以转换哪些能量量转化成电能

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原标题:逆自旋霍尔效应实现磁電能量转换

随着来自手机信号基地台、移动设备、Wi-Fi、蓝牙与5G等产生越来越多的微波充斥全世界很自然地,科学家开始探讨将这些微波转囮成能量的方法美国犹他大学(University of Utah)的科学家们发现了一种新方法,可在有机半导体中将微波能量转化为电能

在实验室中,研究人员证明了┅种新效应——称为逆自旋霍尔效应(Hall effect)——利用微波作为磁自旋的来源将磁自旋流转换成电流。这听起来像是绕远路走了因为手机天线巳经将微波转化为电能了;然而,研究人员想证实的重点并不在于预览某种应用而是要证明逆自旋霍尔效应确实可被利用和控制,从而荿为21世纪的工具他们预测这种效应可在一般的电池、太阳能电池与移动设备等应用派上用场。

“我们从该设备收集的能量是透过微波辐射的方式输送至该设备的——在这个意义上能量转换与天线的原理一样,即将电磁辐射转换成电流”犹他大学教授Christoph Boehme在接受《EETimes》的专访時表示。“不同的是我们的设备所具有的实体机制完全不同。它并不是透过感应完成转换而是藉由逆自旋霍尔效应。事实上澄清这樣的事实——我们看到的不是寄生效应,如电感应(例如简单的天线效应)或其它已知的现象——正是这一研究的目的”

逆向霍尔效应最早昰由苏联科学家在1984年证实,最近在半导体领域(2006年)和铁磁性金属领域(2013年)也有进一步的研究其概念相对简单:正如在原子围绕传导电流时引發磁自旋且自旋方向取决于电流方向一样,若能引发围绕导线周围的原子发生磁自旋导线内也应该会有电流。

然而概念虽简单,可展礻该概念的设备却很复杂——为此微波粉墨登场。逆自旋霍尔效应的早期实验使用的是恒定微波——与微波炉内的一样遗憾的是,微波将设备的其余部份烤焦了使得实验很快夭折,没什么成绩他们的失败也为收集环境中的杂散微波留下阴影,虽然Boehme与其合作伙伴VALY Vardeny教授都认为该想法有可取之处。

“这是个很好的想法它是否会成为逆自旋霍尔效应的应用还有待证明,”Boehme在回答我利用杂散微波发电的建議时表示

然而,他可能只是出于礼貌因为他在实验中使用脉冲微波消除过热的问题。另外他建议的应用听起来比我想的更可行。

建構在一小片玻璃(顶部)上的组件能以逆自旋霍尔效应将磁自旋流转换为电流关键是一个夹层组件(底部),其中外部磁场和微波脉冲在铁磁体仩产生自旋波然后在嵌入于有机半导体(聚合物)的铜电极上转换为电流。 (来源:犹他大学Kipp van Schooten和Dali Sun)

“我们从其它自旋电子学应用(如硬盘读取磁头)了解到,自旋电子学可填补磁场到电流转换技术中简单感应不再有效的这块空白——也即感应此时变得很不敏感、效率降低(以硬盘來说就是读取头太小),”Boehme表示“可以想象,能以非常低的成本在软性基板(基本上是种箔片)上产生纳米尺寸的薄膜有机半导体层,并鼡其做出逆自旋霍尔效应组件所以现在,还无法预测应用范围如果效率允许(我们现在还不知道!),那么也可以想象应可用其收集周圍环境的微波辐射,将收集到的能量用于其它应用”

一言以蔽之,逆自旋霍尔效应是可行的(如本文相关图表和论文);它是自旋电子学的噺应用在某些方面丰富了业已不断成长可用于收集磁自旋的自旋电子效应和设备工具箱。接下来需要精确测量其效率并尝试进行一些適当的应用,以便检测逆自旋霍尔效应对于未来的有机半导体多么有帮助

“我们研究的目标在于展示如何以一种‘直接的方式’检测逆洎旋霍尔效应,在缺少或很少简单微波感应效应和其它信号存在的条件下显示出强大且可直接观察到的逆自旋霍尔效应,”Boehme告诉《EETimes》“透过搭建设备和进行实验,我们已将逆自旋霍尔效应的强度较之以前提高了100倍;同时也抑制了寄生效应所以,现在我们的设备可以很輕易地观察到这种效应在不久的将来,我们(可能还有其它研究团体)将使用此进展对该效应进行真正详细的研究当然,这些研究的一部份将着眼于该效应到底能多有效地用于潜在技术应用上”

研究人员在犹他大学的物理实验室,透过为几种有机半导体施加脉冲微波展礻逆自旋霍尔效应,这一效应可望用于未来的电池、太阳能电池和行动电子设备(来源:犹他大学Christoph Boehme)

因此,答案仍然悬而未决而研究囚员们只是提出了基本的配方。它将有赖于研究人员在未来的实验中评估逆自旋霍尔效应在未来应用中的有效性就个人而言,我希望这朂终能解决来自通讯基地台的“微波超载”使人们不再受到微波的长期‘烘烤’,但如果必须选择的话我会在较小规模的芯片应用下睹注,如用于未来超低功耗有机半导体的新自旋电子组件

研究人员证明了逆自旋霍尔效应可作用于三种有机半导体材料中:PEDOT、PSS以及3种富含铂的有机聚合物,其中两种是π共轭聚合物,另一种是球形碳-60分子(巴克球)后者被证明最有效。相关细节可参阅《在可调自旋轨道耦合囿机半导体中由脉冲磁自旋流产生的逆自旋霍尔效应》(Inverse Spin Hall Effect from pulsed Spin Current in Organic

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  进入9月以来政策层面对新能源汽车的扶持力度正在不断加大。

  9月9日在天津滨海新区举办的2017中国汽车产业发展(泰达)国际论坛上,工信部副部长辛国斌表示当湔全球汽车产业正加速向智能化、电动化的方向转变,为抢占新一轮制高点把握产业发展趋势和机遇,我国已启动传统能源车停产停售時间表研究(相关报道>>>

  (注:所谓新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源,综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技術形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车等。)

  9月6日工信部发布《关于2016年度新能源汽车推广应用财政补助资金(补充电请)清算审核初审报告》,为年内第二次新能源汽车推广应用资金审核公示补贴资金发放从一年一次变为一年多次。

  据悉财政资金补貼对新能源汽车销量产生会直接的影响。国内新能源汽车龙头比亚迪半年报中提到今年一季度,新能源汽车受财政补贴政策变动影响峩国新能源汽车实现销量5.6万辆,比去年同期下降4.7%增速大幅回落。随着新产品公告的陆续发布以及各地方政府补贴政策的出台,进入第②季度后行业已呈现良好的恢复态势,并实现同比正增长

  9月1日,工信部发布《新能源汽车推广应用推荐车型目录(2017年第8批)》自此,今年以来已累计发布8批推荐车型目录共包括184户企业的2538个车型。

  上市车企新能源进度不一东风汽车新能源产品增长迅猛

  近期政策层面不断释放新能源汽车利好消息,但A股上市车企在新能源汽车上的发展进度仍存在较大差异有的企业产品已经开始销售,有些企業则仍处于布局阶段

  从上半年情况来看,比亚迪在新能源汽车领域的表现仍遥遥领先同行东风汽车新能源汽车销量增长迅猛,广汽集团的新能源汽车项目仍处于布局阶段

  中国汽车工业协会公布数据显示,比亚迪今年上半年在新能源汽车领域的市场份额约19.5%在噺能源乘用车领域的市场份额约21.7%。半年报显示今年上半年,比亚迪新能源汽车销量持续超越竞争对手再次成为中国新能源汽车销量冠軍企业。报告期内比亚迪新能源汽车业务整体收入约158亿元,同比增长约1.97%占本集团总收入的比例增至35.01%, 成为集团收入和利润的重要来源

  东风汽车上半年新能源汽车销量也有抢眼表现。半年报显示2005 年即开始着手新能源汽车产品研发的东风汽车,今年上半年新能源汽車实现销售 7232 辆同比增长 357.14%。从东风汽车目前的新能源汽车销量数据来看这个传统汽车集团通过长期研发后投入市场的新能源汽车仍处于初期发展阶段。

  广汽集团半年报显示广汽智联新能源汽车产业园项目建设于 4 月 27 日正式奠基,集团携各落户园区企业总投资额预计超 450 億元将打造“智能制造区、创客服务区及生态小镇”三个功能区域。从目前情况来看广汽集团在新能源汽车的布局仍处于初步阶段,噺能源汽车要想产生利润仍需要一定时间

  沪深两市共计有141只新能源汽车概念股,除上述涉及新能源汽车业务的上市公司外还有诸哆从事充电、电动系统以及电池组相关的上市公司,它们半年报表现如下

  需要指出的是,当前我国新能源汽车发展势头良好但从東风汽车、广汽集团等传统车企的新能源汽车业务进度来看,目前仍处于早期阶段

  留给传统车企的时间不多了。

  在新能源概念備受追捧、各路资本接踵而至的当下一种假象似乎正在迷惑人眼。那就是只要搭上了新能源的快车,未来就似上了保险赚钱只是早晚的事情。事实真是如此吗

  从已经披露上半年业绩快报的各家新能源车企看,业绩下滑的情况普遍存在比如,中通客车半年报显礻净利润下跌达80%左右而安凯客车则出现亏损,业绩下滑达200%以上同样,已经联手大众的江淮汽车也并未能在新能源领域有所斩获,甚臸公司净利中仍有三成来自政府补贴

  如果说上述车企的分量还不足以说明真相,那么我们不妨从国内外挑选两位新能源领域的大咖來细述一番首先是特斯拉,5月4日特斯拉发布了第一季度财报,总营收为26.96亿美元同比增长135%,创下了公司历史上单季营收新纪录但8月3ㄖ特斯拉汽车公布的2017财年二季度财报又将特斯拉拉回盈利线之下,特斯拉汽车二季度营收为27.9亿美元高于去年同期的12.7亿美元,同比增长119%泹由于外汇以及利率影响,加强Model 3的生产等方面特斯拉归属于普通股股东的净亏损为3.36亿美元,与去年同期相比亏损进一步加大。特斯拉荿立7年来仅两个季度实现盈利,起起伏伏中一直徘徊在亏损与盈利的边缘

  再看比亚迪,可以说在国内新能源领域比亚迪要说第二无人敢称第一。根据比亚迪财务数据今年上半年公司新能源汽车营收继续增长1.97%至157.69亿元,但增幅却较去年同期的160%大幅放缓公司同时也茬面临激烈的竞争,根据中国汽车工业协会公布的数据比亚迪在新能源汽车领域的市场份额从去年的27%降至19.5%;新能源乘用车领域则从36%降低臸21.7%。比亚迪董事长兼总裁王传福日前在香港2017年中期业绩发布会上表示今年初新能源车补贴退坡力度较大,对公司新能源车业务产生较大影响上半年新能源汽车整体销量近4万辆。这意味着今年的销量相比去年同期4.9万辆下滑18.4%随着新的竞争者不断加入,市场竞争正变得越发噭烈对此,王传福表示“比亚迪不怕竞争,会在竞争中提高产品质量控制成本提高创新,来保持市场占有率”今年,国家对新能源车的补贴进入大幅度的退坡期。“按照国家和地方1∶0.5的补贴比例很多城市的地补,只有一万多元基本上和车企的促销力度差不多。所以原来政策推动的市场现在已经逐步转化为市场驱动。”王传福说

  市场竞争愈发激烈,政策退坡已成事实各家车企想要在噺能源市场短时间内就获益,几无可能值得关注的是,车企的压力已经传导至上游供应商上半年受到新能源汽车政策补贴退坡的影响,整车企业普遍要求动力电池厂家下调电池价格下调幅度达到20%,但伴随着电池材料的涨价“我可以不赚钱,但你不能让我赔钱”已经荿为部分动力电池企业同整车厂合作的底线即便如此,整车厂要求降价的呼声却从未停止部分电池企业为挽留客户,降价幅度甚至达箌了30%新能源汽车要同燃油车竞争,形成竞争力动力电池的成本是必须要降低的,但这需要时间去调整并不是一蹴而就的。

  急功菦利往往适得其反目前,国内新能源汽车企业已超过200家这是世界上任何一个地方都不会出现的盛况。彭博社去年8月给出的数字是未來几年中国将有95%的新能源车企消失。其实发令枪刚一响起,淘汰赛就已开始在今年4月的《一汽轿车股份有限公司第七届监事会第九次會议决议公告》中,一汽通过了一项关于调整未来新能源产品实施地点暨终止建设新能源工厂技术改造项目的议案至此,这项历经5年計划投资43亿的新能源汽车改造计划,最终惨遭终结而根据乘联会统计数据显示,天津一汽2016年新能源汽车销量仅为7辆可以预见,随着市場竞争的加剧新能源领域将现成批的出局者。(来源:华夏时报)

  与2015年相比2016年政府对新能源汽车的补贴不仅进一步收紧,也加大叻审核报关力度

  根据工信部今年两次对外发布的数据统计,中央应清算的2016年新能源汽车补助资金约为90亿元按照政策,地方政府的補贴金额应不超过中央的50%也就是说,目前工信部清算的新能源补贴总金额应该不超过200亿元。而据全国乘联会秘书长崔东树给出的数据2015年政府给予新能源汽车生产企业的补贴资金接近1000亿元。

  此前高额的补贴让企业骗补的行为大量存在,2016年国家对整个产业进行整肅,打击骗补对新能源汽车补贴申请的资格进一步收紧,按照公告在企业申报的16.6万辆新能源汽车中,只有10万辆左右获得政府审核通过1万余辆未能通过,其余5万辆新能源车因为特殊原因暂缓审核

  与此前相比,虽然政府对新能源汽车的扶持立场并未发生变化但却哽加理性,补贴由此前的事前拨付转为事后清算在补贴的审核上也更加严格。政策的变化对行业冲击十分明显客车行业更是成为重灾區,包括宇通、中通这样的大型客车企业今年上半年的业绩都出现大幅下滑,其中中通客车的业绩降幅更是接近八成

  上汽比亚迪等申报新能源补贴额被核减

  9月7日,工信部发布“关于2016年度新能源汽车推广应用补助资金(补充申请)初步审核情况的公示”(下称“公示”)2016年企业申报的新能源汽车推广数为71446辆,申请的清算资金为32.08亿元专家组核定的推广数为71199辆,应清算补助资金为31.43亿元在这之前的5月中旬,工信部也曾公示了一次企业申报的新能源推广数量和补贴情况当时企业申报的新能源汽车推广数为94072辆,申请清算资金64.15亿元专家组核萣的推广数为85094辆,应清算补助资金58.6亿元

  也就是说,截至目前企业申报的新能源推广数量为16.6万辆,金额为96.2亿元而专家组核定的2016年噺能源汽车推广数为15.6万辆,应清算补助资金为90亿元补贴数量和金额遭专家组核减的原因在于,部分企业的新能源汽车产品电池成箱型号與公告不一致、行驶里程存疑、电池单体型号、电池组总能量与公告不一致等

  包括上汽、奇瑞、江淮等多家车企的申报数量都遭到核减,但上汽旗下乘用车被核减的数量最大其中包括一款纯电动车以及一款插电式混合动力车型。前述纯电动车上汽申报的推广量为103辆申请补贴金额为463.5万元,但由于“充电一次能够行驶的里程不符合国家补贴的要求”这些申请都没能通过专家组的审核。另外一款插电式混合动力车型上汽申报数量为6635辆,金额达到1.99亿元但因为“电机额定功率与公告参数不一致”,仅有30辆获得通过

  相对于上汽,仳亚迪被核减的数量相对较小仅有几十辆纯电动车因为“电池单体型号、电池组总能量与公告不一致、电池成箱型号与公告不一致”被核减,但是有超过5.5万辆的比亚迪新能源汽车,因为“行驶里程合理性存疑”被延缓核定这些新能源汽车能否通过专家组的审核,还有待进一步消息另外,自主品牌乘用车中海马汽车上报的新能源汽车推广量,全部未能通过审核

  补贴收紧致客车企业业绩受挫

  对于整个新能源汽车产业来说,政策和标准的变化将促使其从野蛮生长走向成熟但对于部分过去两年依赖补贴造业绩的车企,尤其是噺能源客车生产企业来说无疑是极大的打击。

  记者粗略统计了宇通(600066)、中通(000957)以及金龙等几家主流新能源客车企业2015年获得的补贴情况2015姩三家企业获得的国家新能源汽车推广补贴分别达到30.95亿、20.36亿以及44亿元,三家总和接近100亿而据崔东树统计,在2015年全国新能源汽车补贴近1000亿え的补贴之中光商用车(包括客车与货车)获得的补贴就达到800亿元左右。

  新能源汽车的爆发式增长成为客车企业的利润抓手以中通为唎,2014年中通客车销售新能源客车2300台同比增长44%。而到了2015年中通新能源客车的销量为10498台,同比增长356%当年其获得的20.36亿元的新能源补贴,是仩半年净利润的20倍

  宇通2015年的新能源客车销量达20446辆,同比增长176%当年宇通客车的新能源客车总收入高达139.76亿元,占总收入的44.75%2016年其新能源客车实现收入187.46亿元,在总收入中占比达到52.29%据宇通发布的财报,2016年其累计收到新能源汽车补贴总额99.54亿元是当年该公司净利润的两倍还哆。新能源客车让宇通在2015年和2016年的净利润增幅分别达到35.31%和14%

  依赖政策带来的收益本身就具有不确定性,随着国家新能源补贴的收紧噺能源客车的补贴标准也大幅下降,如纯电动客车的补贴上限已经从60万元下降到36万元在此背景下,包括上述三家公司在内的客车行业整體收益都出现下滑势头宇通8月底发布的财报显示,今年上半年公司营业收入为93.13亿元,同比减少29.81%归属上市公司股东的净利润8.05亿元,同仳减少34.83%中通客车营业收入更是下滑到22.79亿元,净利润为6157万元同比减少79%。另外包括福田、安凯等客车生产企业,利润都遭遇不同程度的丅滑

  “有专家认为今年新能源汽车市场会下滑15%,真实情况可能远不止于此下滑幅度可能在30%。”中通客车董事长李树朋在今年6月曾公开表示在此背景下,如何改善业绩成为客车生产企业面临的首要挑战。而对于所有的新能源生产企业来说如何调整步调,来适应國家新能源政策的变化也是不小的挑战。按照此前出台的政策年的新能源汽车补贴将在2015年的基础上下降20%,年降幅会达到40%。(来源:┅财网)

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