CN1554124A - 热运动电子整流装置及用其将物体的热转换为电能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热运动电子的整流装置以及用于通过整流热运动电子而将热能转化为电能的方法。由微细整流表面的集合形成的电流整流表面功能为整流热运动电子。通过利用这个现象，热运动电子可以被整流，且实现热能向电能的转换，以获得无穷尽、无费用、无污染的能源。
Description
技术领域
本发明涉及通过利用由整流方向为单一方向的极细整流面集合体构成的电流整流面对物体内存在的热运动电子进行整流的功能而将物体的热直接转换为电能的装置及方法。
背景技术
在自然界存在各种形式的能量，如位能、动能、电能、光能及热能等。根据需要，要将这些能量转换为其他形式。人类一直渴望将热能无低温源地直接向其他形式的能量转换，然而，该转换迄今为止还未实现。在自然状态下，最终被转换的能量形式为热能，而热力学第二定律定义从该能量形式不能向其他能量形式转换。如果发现无低温源地直接将热能转换为其他形式的能量的方法，人类将具有无穷无尽的、无费用、无公害的能量。因此，目前人类所直面的能量问题、地球变暖问题和污染问题均可得到解决。另外，可以完善热力学第二定律的不完善部分，以加强现在科学的基础。
发明内容
于是，本发明的目的在于，提供一种热运动电子整流装置及用其将热能转换为电能的方法。这种热运动电子整流装置可以使热运动电子的不规则运动调整为单一方向运动，重新设计可整流的结构体，可以实现不用其他热能源而将热能直接转换为电能，并在无低温源的情况下将热能转换为电能。
为了实现上述本发明的目的，本发明的装置包括：第一金属层；形成于第一金属层表面的电子移动势垒；电子移动势垒上形成的微细金属粒子分布层；微细金属粒子分布层上形成的半导体层；半导体层表面形成的欧姆(Ohmic)层；以及欧姆层上形成的第二金属层，特别是由具有单一方向的微细整流面的集合体构成，该整流面相互间形成电绝缘状态，该集合体的微细整流面等和集电电极电不完全导通(截止状态)。
通过采用热运动电子的整流装置调整热运动电了而将热能转换为电能的方法利用由微细整流面的集合构成的整流面调整每个热运动电子并将各电子的随机运动方向改变为一个方向，以实现能量转换。
附图说明
图1是本发明一个实施例的热运动电子整流装置的结构示意图；
图2是本发明的将热能转换为电能的试验装置的示意图；
图3是表示以微细整流面是圆形为前提、假定介电常数ε＝8、使用距离为31的普通电容器(condenser)时，由一个电子充电所产生的电压(Y轴)和微细整流面的直径(X轴、单位nm＝10)的关系曲线；
图4是表示常温下电子等具有的能量(X轴、单位：kT)和该能量可制造的电压(Y轴)的曲线。
具体实施方式
下面参照附图，通过本发明的实施例更详细地说明本发明。
现时，唯一有望解决能量问题、地球变暖问题和污染问题的就是本发明，从这一意义上说，本发明与人类的命运直接相关。
本发明之始，是从观察在半导体表面分布着微细金属粒子时无需任何能源，电力就不断发出这一现象出发，并发现该电力来源于物体内的热运动电子利用电子本身的能量而整流的事实，可利用现在的科学知识解释该整流结构体，可利用现在的技术再现，从而完成了本发明。
在物体内，在绝对温度以上时，存在原子振动，在导体和半导体中，原子振动会诱发电子振动的事实是公知的事实。将该物体内整流方向为单一方向的其尺寸为直径数nm至二十几nm的微细整流面形成整流面相互间电绝缘的状态，使整流面等和集电极形成电不完全导通状态(截止状态)时，可将相位和周期不同的电子等由整流面等各自整流，将电子等整流到集电极侧，此时，电子等具有的热运动能量被变换为电能，电子等的热运动能量是由物体热产生的能量，故其结果，物体热变换为了电能。
这方面的现有技术完全没有。不仅如此，本发明的实现与热力学第二定律相矛盾。而本领域内很少有人否认热力学第二定律。
本发明所具有的效果，以发明人的浅短见识也不能详述。但是，如果试举几个，就是背离热力学第二定律的。如果假定热力学第二定律是不动的真理，则该地球上所有生命体的未来就非常悲观、黯淡。如果本发明确认发明人公开的同时性原理及其理论的真实性被认定，则地球的未来将充满希望。在本发明的结构体为最佳状态的情况下，可以预测其性能甚至可充分利用于内燃机领域，如果达到这种程度，人类就会实现能量的自给自足，并从能量得到解放。可以预见由此会带来社会结构及个人欲求方向的变革，既有肯定的一面也有否定的一面。
本发明难于由当前的科学知识理解以及由目前科学知识和现有理论解释。人类是鼓励发明的，设置专利局的目的也在于倡导这种真正的发明。但是，发明实现后，要直面既没有理解发明的知识也没有说明发明的理论的现实。本发明与热力学第二定律相矛盾。当自维持平衡的整流面整流出热运动电子时，根据能量守恒定律，该面上温度必然降低。该现象显然违背平衡，与自然现象向指向平衡的方向进行的热力学第二定律矛盾。根据本发明，外观上不从外部供给能量，而是由自然状态产生电力而呈现温度差。
根据本发明，试验确认了：在半导体表面分布有微细金属粒子的情况下，在自然状态产生电能的事实，我们确信现存任何自然科学定律均可否定本发明的这种事实。
现有的热力学第二定律是判别发明真伪的重要尺度之一，要直面由使用该尺度的专利局进行审查的矛盾。本发明人为了解决这一问题，容纳现在的热力学第二定律并确定了可说明本发明的新的原理提出了证明该原理和理论的试验事例。试验内容就是本发明的内容。
试验很简单，从事本方面工作的任何人均可容易地进行。但是，其说明不能使人用当前的科学知识很容易地理解。虽然是很简单的试验，但该试验具有的内容却可改变人类的命运，纠正现在科学基础的内容。该试验不是在桌子上由现在科学知识解释后不能说明时就可扔掉的试验。目前只能用本发明人确定的同时性原理这种概念及其理论理解和说明该试验。
为了有助于理解本发明，下面对其进行详细说明。
在半导体表面上分布有微细金属粒子的情况下，当用由自然氧化膜包覆其表面的铝针接触该部位时，观察到了下述特异事实，即在该针和半导体之间产生电动势，其电流值计算为每平方厘米20安培以上，电压值为150mv以上。申请人在连电解液都没用的状态下经历了这一理论上难于说明的现象后，为了究明原因和进行试验值的再现，继续进行了试验，但未能再现起始的试验值。只是几乎所有的半导体在相同的试验条件下均产生电动势，其测定值为1mv以下。在观察的事实中引起注目的是在没有外界能量供给的情况下持续输出能量的事实。在试验继续期间，从观察的事实得出了该输出能量起源于热运动电子本身在微细整流面处的整流现象。但是，出现了其不符合热力学第二定律的问题。但是，考虑其他原因的试验现象没有发现。于是判断，通过测定半导体表面的发生电动势部分的温度可究明试验事实，试验后可确定：物体的热能通过热运动电子在整流表面的整流现象而转换为电能。
作为试验现象和试验理论的根据导入一个独立的原理，根据该原理和理论进行了试验，为了有助于理解试验内容，一并进行了记录。
观察的内容整理如下：
1、在具有整流功能的半导体表面上分布有微细金属粒子时，产生电动势，金属粒子不会被消耗。
2、电动势的电压值与金属粒子的尺寸具有密切的关系。
3、由与化学电池结构相同但没有消耗的材料的结构持续可获得持续及恒定的电流，单位面积的电流值远大于化学电池。
4、由半导体的P、N导电性决定电动势的方向。
5、通常，真空中和大气中电动势的方向相反变化，电解质和水中也确认了相同种类的电动势。在高度真空中，呈现自己固有导电性的电动势。
6、在具有覆盖硫化铜(CuS)的铜板制成的电极和铜作为另一电极的电池结构中，若以硫酸铜[CuSO4、Copper(II)Sulfate]为电解液，则铜电极呈现阳(+)极，在不从外部供给电力情况下，放电时也会自阳(+)极析出铜，阴极在铜板暴露的部位也观察到了铜粒子成长的现象。用各种方法确认的结果判明：硫化铜表面为阳(+)极、而与铜接触的硫化铜内部为阴极的发电机(Generater)，阴极的铜板只是与该发电机接触的金属板，利用自该发电机输出的电力，由两个电极电解铜。申请人确认了该输出能量来源于热运动电子的整流现象。利用该装置可确认电动势产生部位的温度下降，可确定利用热运动电子的整流法由物体热转换为电能。
7、在电动势与环境相比较时，具有相反的两个电动势，根据环境(尤其是湿度)的不同，一个电动势呈现出强势。也就是说，容纳子(acceptor)和提供子(donor)的相对数因环境而改变。
以上的观察内容除第6项外是由大量试验确认的。
试验是在用金属摩擦半导体表面、或将金属以岛结构(island structure)真空蒸镀在半导体表面上后，用涂覆有氧化层的铅针检测电动势，或者在铝(Al)或钽(Ta)金属的自然氧化膜上真空蒸镀金属粒子，而将半导体蒸镀在金属颗粒上。对于各种示例，在电动势产生部位探测到温度下降，电压、电流，但本发明人所用的装备不能再现与金属粒子的尺寸相关的试验。
试验在真空中、大气中、水中、电解液中均可进行。
电动势与金属粒子的尺寸关系及电压值的再现性的问题仅在电解液及水中解决。虽然在这些情况下，出现电化学电动势的介入。但是，可获得金属微细粒子的尺寸与电流量关系，另外金属粒子的尺寸可以在读出电动势的同时加以控制，在中解液和水中试验伴随有各种优点。与在真空中或大气中的试验不同之处在于水及电解液成为势垒。
下面将描述对于第6项的试验。为了抵销电化学电动势，阴阳两个电极使用高纯度(99.9％)的铜板。
通过将一个铜电极浸入硫化铵溶液(Ammonium Sulfide Solution)[(NH4)SX]的5倍左右的稀释液中40秒左右，而使其表面被硫化铜(CuS、P导电性半导体)覆盖。在另一电极用纯铜、电解液用硫酸铜(CuSO4)，在结束电池组装之后，根据电化学理论，纯铜板应为阴极。铜板的铜在电解液中形成Cu2+离子而消耗，电解液中的Cu2+离子与和硫化铜共存的过剩的硫结合，同时，铜电极应为阴极，而硫化铜电极应为阳极。(实际上，如果将在大气或水中长期存放的硫酸铜电极用于制造与上述具有相同结构的电池时，可获得上述结果。)但是，根据本发明，获得作为上述第6观察项的结果。随着电力的输出，从阴、阳二极的极板析出铜、且电池温度下降。该现象不是指向平衡的方向而是向其相反方向发展。也就是说，不符合热力学第二定律。钽(Ta)金属的表面氧化膜起在电解液中也稳定的隧道(tunneling)作用。在Ta金属板表面真空蒸镀Cu，将其在CuSO4水溶液中电镀，形成0.02mm左右厚度的铜(Copper)(若直接进行电镀则没有均匀性)后，用水洗净后，进行5分钟左右的(NH4)2SX处理，将使铜完全变为硫化铜如此获得的样品与上述电池中的硫化铜的电极进行交换，结果，可获得几乎相同的电动势。
当以硫化铜电极为阴极，以较低的电流(50μA/12cm2、60秒)进行电镀，以在硫化铜表面形成金属微细粒子时，电压上升。可以利用该电池进行的各种试验如下：可施加反向电流消除金属粒子、观察电解液的浓度和电动势的关系、当以水、酒精或各种混合比的水和酒精混合物取代电解液时，电动势的变化、试样片在大气中或真空中由隧道检测针测定输出电压等试验。
使上述硫化铜发电机48小时左右连续放电(100Ω)之后，几乎探测不到电压及电流变化。此时，假定过剩的硫化铜几乎被消耗，当以比前更大的电流施加更短的时间(2000μA/12cm2，3秒左右)时，几乎探测不到电压的变化，但电流几乎增加了100倍。两个电极的铜的析出速度也进一步增加了。由该试验可知，电解液浓度和电压(3-100mv)彼此相反，另外，电压随水分而大幅度变化，可观察到电压的方向完全反转。
该试验可确认上面提出的观察项目的几乎全部。
但是，本试验的目的是为了判别输出的电能是由电化学反应产生的、还是利用硫化铜表面的微细金属粒子的热运动电子的整流作用而由物体热变换为电能的。
首先，注意到上述试验不能由电化学理论适宜地解释。其次，两个电极析出铜且电流流动时温度下降。上述试验中，与电化学理论不符这一点及两个电极析出铜的现象不是物体热转换为电能的直接证据。但是，间接表示电能的输出不是由于电化学材料的消耗引起的。
本试验中电化学的能源是铜和硫。根据文献资料，铜和硫化合时产生发热反应。放电时由于内部电阻而必然发热。在半导体存在电子输入输出时存在珀尔帖(Peltier)效果引起的发热和吸热，但二者的量相同，不对外部产生影响。因此，是否物体热转换为电能由该电动势输出位置的输出电流和温度下降的关系如何来决定。该温度降可以在交替地放电和断电同时通过探测与电极相接触的温度传感器的电压而简单地予以观察。在申请人的试验中，电流流动时，探测到温度下降。由该试验和其他试验可知，输出的电流与微细整流面相关，粒子的尺寸与输出电压相关，另外，电流方向与相应半导体的导电性(P、N)具有密切的关系，此外，在半导体表面上没有能量源，然而观察到能量输出，从而，本发明者断定：物体的热量向电能的转换通过热运动电子由磁能的整流现象而实现。但是，上述试验结果不能由当前的科学知识予以说明。
申请人为了利用观察到的根据理解、说明试验，导入了同时性原理这一概念。
同时性原理
在孤立的平衡状态系统中，在特定数量粒子情况下，不规则地出入系统边界的成对的粒子在边界面上同时存在的概率取决于边界的面积。
说明
对充有nT气体分子的一个单位容器，其由虚拟中间边界分隔成A、B两个部分，气体分子可在该边界面自由往来。在由A部分向B部分移动的气体分子存在于边界上的瞬间，且由B部分向A部分移动的气体分子也存在于相同的边界上时，A、B两个部分压力相同，该容器呈平衡状态。此时，在边界同时具有一对分子的机率被定义为同时性概率，则平衡状态的系统可用同时性概率1(1/1)的空间的表示。相反，同时性概率零(0)(0/1)的空间表示在假想边界处没有在相反方向运动的粒子存在的不平衡系统。为了有助于理解，假想将边界扩大n倍。若处于平衡状态，则由扩大的边界面构成的容器的同时性概率也为1(1/1)。但是，在扩大的容器内一个被另开的部分中只有一个气体分子存在且没有向相反方向移动的气体分子时，该容器是同时性概率为零(0/1)的状态，是完全不平衡状态。
在普通的平衡系统中，系统中存在有限的粒子数。但是，可以假设，在很高平衡状态下，无限的粒子占据有限的方向。也就是说，即使将原来的空间分割，无论分割成多狭窄的空间，也仍然存在无穷多的粒子。同时性理论排除了这种前提，平衡系统在有限空间内具有有限数量的粒子。
自然界中显然存在平衡状态的系统这种现象。但是，在构成平衡状态的系统的部分往往不处于平衡现象。迄今为止，往往以忽略该部分的处理方法解决问题。然而，根据同时性原理，这些部分成为解释新发现现象的关键。热力学第二定律中构成平衡状态的一部分仍然具有平衡状态，然而，根据同时性原理，同时性概率为零的部分存在于同时性概率为1的系统中。而且，不连续或连续概率的各种值由空间和粒子数决定。这种情况下，通过将相当于气体分子的概念定义为动子(actor)，将动子支配的范围内的空间定义为空间子(spacor)，将设于该空间内的装置定义为功能子，使已有的与其相同的概念通用化或同一化。这里要指出的是虽然整体上维持平衡，但构成整体的部分原理上存在不平衡状态的部分，不平衡的程度随部分取得越小则越大，部分取得越大则越小。定义该现象的就是同时性原理。
在上述中，记述了一个事例，可以预想该原理适用于：孤立的平衡状态的半导体的P-N节(p-n Junction)或通过金属和半导体的整流边界面的电子出入、通过金属或半导体内的假想边界的自由电子的出入、物体内的假想边界面上的热的出入、液体内的假想边界面上的液体分子的出入等。为了强调其可称为原理，举几个具体例子。
1、孤立的湖水的水面虽有较小的波纹，但仍认为湖水的平均水位相同，认定为平衡状态。就湖水整体而言，绝对水平面上的水量与绝对水平面之下的水量相同，且水平面上和下的水处于平衡状态。即使有一个水分子上升到水平面上，则同时另一水分子自湖水的水平面的其它某一位置降到平面之下，从而水位维持一定。但是，若分割观察水面的空间，则在一个波峰空间内，即使大量上升，但在该分割的空间中不存在相同量的水下降。波峰和波谷不总是共存于一个空间内。也就是说，该空间同时性概率为零(0/1)。虽然整体维持一定水位(平衡状态)，但是，局部存在不平衡(水位差)状态，当局部面积扩大时，则接近平衡状态。
2、地球上的海水面具有一定的平均水位。这是由于蒸发量和降水量相同。当海水保持平均水平面时，上述两个量相同，且保持平衡状态。但是，有的地方蒸发量较多，而有的地方则暴雨如注。在河的入口水的流入量最多。也就是说，虽然整体取得平衡，但每个部分是不平衡的。
3、自太阳接收的总能量和地球放出的总能量形成平衡，但是，在地球上的某一部位，能量输入和输出并不相同，而处于不平衡。
以上举出了可见的公知的例子，下面为有助于理解，举几个抽象的、象征性的类似的侧。
4、在生命体的新陈代谢过程中，输入和输出并不总是相同的。但是，一生中输入和输出的累计却渐渐趋于相同，这是从不平衡状态向平衡状态进行，它暗示了由生到死的生命体的固有本质。另外，一个国家或一个构成团体即使对外稳定而平衡良好，其构成者也宿命地内在贫富差、欲求充足的程度差等不同。
同时性原理和热力学第二定律
表现热力学第二定律的方式非常多。其中的一个方式是“孤立的不平衡状态的系统向平衡状态进行，且只要不接收外部能量，平衡状态就会持续，不会发生与其相反的现象。”。
举例如下，在金属和半导体接触形成整流面，且不施加电压的情况下，在初期的一瞬间，产生电子交换，在半导体和金属的费密(Fermi)单位达到一致后，形成平衡状态。此时，出入整流边界的电子数变得相同，不存在电压。此时，边界面两端的电压称为接触电，是由两物质而不是由被电产生的。该整流面持续平衡状态，对外部不产生任何作用。
首先，下面解释所谓的整流现象，结合该定义进行简单的说明。在通过整流边界面移动的电子存在差异时，出现整流现象，而该差异是由于由施加顺向电压产生的低势垒和施加逆向电压产生的高势垒之间的不同而造成的电子移动困难程度而形成的。
根据定义逆向电压是必须条件。施加顺、逆向电压时产生的势垒的高度只是整流面的固有特性。因此，整流现象的产生由相对施加于整流面的电压，由逆向电压的存在情况而决定。
将更详细解释的同时性原理，并说明其与热力学第二定律的关系。出入孤立的平衡系统的整流面的电子同时存在于边界的状态是充分必要条件，其在边界两侧不感应电荷变化即使在边界面上有很多电子随机移动。换句话说，该条件也可以重新表达为在整流面上同时存在相位完全相反的一对的电子的状态。根据同时性原理，平衡状态由这种观点出发，若粒子数有限，则该状态的概率值因部分的面积值而增大。然而，根据热力学第二定律，无论面积如何，概率恒定。
因此，在空间内存在无穷多粒子的情况下，则同时性原理和热力学第二定律呈现相同的结果。但是，当空间内粒子数有限时，同时性原理和热力学第二定律得到完全不同的结果。于是，就要看哪一方与事实符合来决定其真理性。在整流面大的情况下，由于在其面内存在无穷多的自由载流子(free carrier)，故两个理论会给出相同的答案：此面为平衡状态。然而，当整流面被做得极小时，热力学第二定律和同时性原理的结果如下。若为热力学第二定律，则与大面积的情况一样，维持平衡状态，对外也不发生任何作用。但是，根据同时性原理，整流面可以为仅具有一个电子或在两个方向运动的多个电子的微小空间。在仅是一个电子的情况下，在边界存在一对电子的概率为零。当在微小空间内存在两个电子时，同时存在于边界处的在相反方向移动的两个电子的概率也几乎为零。下面，描述以仅具有一个电子的整流面的现象，以下在前面有所描述。当出和入平衡状态整流面的一对电子同时存在于边界处时，整流面两侧没有电荷量变化。
若不存在进行往复运动的另一电子，而只是一个电子在整流面不规则往复，则这意味着相当于一个电子的电荷量的变化在整流面的两侧持续进行。另外，即使在若干电子围绕整流面的情况下，电荷量在整流面两侧以相同的量存在的机会也很少。电子数增多时，则同时性概率渐渐变大，两侧电荷量的差异消失。
当半导体和金属面接触而形成整流面时，两者之间呈现电容器现象，两者根据与电容器的关系而获得电压。参考普通电容器的关系式举例如下，设两者间的电压为V、接触面积为S、电子的电荷量为q、两者间距离为L，而介电常数为ε，则V＝[L/(ε*S)]*q，这里，电压和面积呈反比关系。在由半导体和金属成立的实际整流面上与该关系式存在差异，但当面积减小时电压增大的反比关系相同。将上式的计算值编制成曲线和表，则为图3和表1，[L＝31、ε＝8*8.855*10-12、q＝1.602*10-19J]、由表可知，在整流面为圆形的情况下，直径为10时V＝8.9volt，直径为20时，V＝2.2volt，直径为50时，V＝0.35volt。意味着若一个电子在直径为50的微细整流面出入则呈现350mv的电压变动。在整流现象的定义中，逆电压的产生是充分必要条件。即使是整流面很小，且只有一个电子占据该表面，若与该面冲突的电子能超过顺向势垒，以产生逆向势垒，就有可能实现整流。
这就是利用同时性原理对极微细整流面的解释。另外，在与整流面冲突的电子因物体热而得到能量的情况下，也发生整流现象。众所周知，在常温下，电子具有平均kT(0.026eV)左右的能量，几乎没有5kT左右的。根据关系式W＝(1/2)qv＝(1/2)cv2(参见曲线B)在kT＝0.026eV时，能制造50mV左右的电压，在2kT时，能制造100mV左右的电压，在3kT时，能制造150mV左右的电压，在4kT时，能制造200mV左右的电压，在5kT时，能制造250mV左右的电压。关系式中，W代表电容器的能量，q代表电荷量，c代表电容，v代表电压。
解释电流面的工作原理是困难的。上述说明是在电子数少时获得的现象。
所谓不存在具有向相反方向运动的粒子的概率的空间也意味着所有粒子等的相位相同。只存在单一分子、单一电子或单一载流子(carrier)，例如，向相同方向流动的水流、一阵风、一束爆发并燃烧的气体、高压的喷射蒸汽、施加电压使相位变为单一方向的半导体(二极管、晶体管等)内的自由载流子(free carrier)、置于电场中的电荷、在磁场中运动的电荷等可以认为是具有零同时性概率的空间，其中不存在具有向相反方向运动的粒子。这里，共同的事实是粒子等具有动能的事实。也就是说，在同时性概率为零的空间内的粒子被假设具有动能而在其同时性概率为零(0/1)的空间内的微细整流面，假定电子不具有热能，而具有动能。换句话说，该能量可以被解释为不规则交变的能量，而这种不规则交变的能量被施加到整流面上以产生直流功率。但是，热力学第二定律是否定这种现象的。
总之，同时性原理在大面积的一个事例中，与热力学第二定律相符。但是，在一个电子所占的区域那样小的面积中，呈现与热力学第二定律不同的结果。其事实如何只能由试验决定。其理由是热力学第二定律的延伸部分还未完全被证明。但是，试验结果与同时性原理相符。
粒子的作用
前面叙述了微细粒子的两个作用，因为是微细的，故电子出入整流面的同时性不存在，实现了电子的热运动能转换为不规则交变能量且交变电位的一随粒子尺寸减小而增大(参考电容器(condenser)关系式、图1的曲线A及表1))。
表1
| A(X) | B(Y) | |
| 1 | 8.926 | |
| 2 | 2.2315 | |
| 3 | 0.9917778 | |
| 4 | 0.557875 | |
| 5 | 0.35704 | |
| 6 | 0.2479444 |
| 7 | 0.1821633 | |
| 8 | 0.1394688 | |
| 9 | 0.1101975 | |
| 10 | 0.08926 | |
| 11 | 0.0737686 | |
| 12 | 0.0619861 | |
| 13 | 0.0528166 | |
| 14 | 0.0455408 | |
| 15 | 0.039671 | |
| 16 | 0.0348672 | |
| 17 | 0.0308858 | |
| 18 | 0.0275494 | |
| 19 | 0.0247258 | |
| 20 | 0.022315 | |
| 21 | 0.0202404 | |
| 22 | 0.0184421 | |
| 23 | 0.0168733 | |
| 24 | 0.0154965 | |
| 25 | 0.0142816 | |
| 26 | 0.0132041 | |
| 27 | 0.0122442 | |
| 28 | 0.0113852 | |
| 29 | 0.0106136 | |
| 30 | 0.0099178 |
下面说明另一重要作用。
假定同时性原理成立，则在整流面极小的情况下，形成电子出入状态，产生交变电位，其原动力是来自由热产生的电子的动能。当整流条件满足时就形成整流现象，因外部施加的电压而增高的势垒和顺向的势垒引起的电子出入整流面困难，就出现整流现象，其中自外部施加的电压就是整流条件。但是，当允许一个微细的整流面，其电流量极其微弱。并联配置多个微细整流面与配置一个大的整流面具有相同效应，这种情况下，根据同时性原理，热运动电子的整流现象不会发生。但是，在半导体表面分布有微细金属粒子，且形成粒子相互间电绝缘的状态时，各个粒子维持其本身的独立的整流作用。多个金属整流粒子与集电金属表面以它们之间的隧道效应层相连(在试验中，使用钽氧化膜或铝氧化膜、水)，然后，粒子等被并联结合，由此，可实现同时性原理的整流条件被允许的大的整流面。金属微细粒子等的相位和周期不规则，但是，由于半导体和金属粒子的整流方向是相同的，故将发挥有效的整流作用，其电流值即使在简陋的试验装置中也可获得每平方厘米20安培或更大(不考虑半导体的体电阻的表面能力)。另外，集电金属面与半导体中没有金属粒子的部位，以它们之间的隧道层相接触，但与半导体在整流结构上形成逆向，不放电。
由存在于平衡系统内的不平衡系统产生能量的实例
上面是基于同时性原理对下述情况的试验结果说明，即：当将平衡状态的整流面分割为微细的区域时，获得不平衡的整流面的集合，该不平衡部分的整流面是同时性概率为零(0/1)的空间，如果将各自独立的整流装置设定于该空间，则可由不平衡状态的该空间得到能量，由于不平衡状态利用外部供给的热被持续维持，故可持续得到能量，能量值由电子的动能值决定。为了进一步明了同时性原理的合理性和妥当性，作为同时性原理和理论作用的可见的、显然的例子，以我们熟知的水力发电进行说明。在上述说明中，说到了海水面的平衡，下面进行更加具体地叙述，在一个水分子自海水面的水面离去的同时，在海水面的任何地方只要有一个水分子回归(将其表示为同时出入边界面的成对的粒子)，则海水面呈平衡状态。此时，出入的水分子在海的水表面同时存在的概率，就整个海而言接近于1。在假想将海分割的情况下，越分割则局部的面积越小，在其面积内，自海水面向上离去的水分子和回归海水面的水分子在该面积内同时存在的概率减小。在某个部分只进行蒸发，而在河川的入口处只有水分子的流入。在不平衡状态的系统中即同时性概率低的部位可得到能量。建设发电站的位置与水流入海的场所相连结。只要不平衡持续，就可利用外部供给的热能持续得到能量。此时的能量值由水的位能决定，此时，发电设施的大小和安装比例由水量决定。也就是说，动子和在该空间内的功能子适当配合。比较本试验装置和水力发电两种情况可知，以下方面是类似的，它们整体维持平衡并由不平衡部分构成，适当的设备安装有不平衡且同时性概率为零(0/1)的部分，在自不平衡状态向平衡状态进行时产生能量，在由外部的热持续维持不平衡状态以持续产生能量，电子利用整流作用向单一方向移动同时，从海中产生的水蒸气向堤坝上流方向移动，电子的不规则周期运动和降雨的周期性相符。另外，电子的热运动能变换为电势(Potential)能而堤坝产生水的势能。这里，最核心的部分是水的落差和电压差。为了使能量守恒定律成立两者都必须自外部施加能量。堤坝内侧水位差由太阳的热量和上升的气流造成，电子具有任意方向的运动能，这是电子相互间冲突或其与原子的冲突得到的结果，在电子的立场上，是利用了外部施加的能量。也就是说，不是电子依靠自身的能力超过整流面的势垒而具有电势能，而是利用了外部施加的热能的其他电子或原子的过激能量而具有电势能。这种情况下，仍然是利用了外部施加的能量。
我们熟知的花粉的布朗运动任何人都承认其原因是由水分子碰撞而实现。当具有相反方向的两个水分子同时碰撞花粉时，花粉保持静止。对于花瓣不会产生这种现象。随着粒子尺寸减小到接近水分子的大小，同时性概率减小。也就是说，是水分子这种动子对接近该空间子中的花粉(功能子)产生影响的现象。毫不怀疑，如果可将棒与花粉连结，则可以制造根据该棒的振动而产生交流发电的装置，得到电能。比花粉更小的粒子可进行更有效的振动。这是由于水分子的冲突同时性概率更小的缘故。此时，水分子的动能被转换为电能，该水分子动能将减小，同时伴随温度下降现象。因此，与周围产生温度差，而使热流入。若将发电的电能与热线连结就会发热，该发热部分与前述动能减少粒子部位的冷却部分具有高温和低温的差异。自该结构由摩擦产生的热损失转化为水分子的动能。也就是说，未转换为电能的热剩余部分保持为原来的状态，结果实现100％的能量转换。在该装置是孤立的系统时，发电引起的熵的减少量和热流引起的熵的增加量相等，因此不存在熵的变换。另外，只要能量不流出到系统外部，就不存在系统内的温度下降，当使能量流出到系统外部时，必须向系统内供给相应的热量，否则，该系统就会产生温度下降。以上的利用花粉的布朗运动的发电现象是理想状态。但是，理论上的合理性是充分的。合理的是，在平衡状态的系统内存在同时性概率为零(0/1)的不平衡空间中可得到能量，但是，熟悉热力学第二定律的人仍不能脱离下述概念，这种概念是“不从外部供给能量而呈现温度差异，并自平衡状态向不平衡状态进行”。申请人也完全确信上述的内容。尽管如此，同时也相信利用花粉的布朗运动的发电和由其结果得到的不自系统外部供给能量而在系统内部产生温度差的情况是可以存在的。对该部分引入同时性原理进一步详细说明如下。
在中间由水闸隔断的存在若干水位差的相邻的两个湖水中，若开放水闸，则水位高的湖水就会向水位低的一侧流入，经过一定时间后，两湖水的水位就会形成相同的高度，当两湖水之间的水的流动停止时，就达到了平衡，热力学第二定律中是如此定义的。在另一例子中，热从高温物体向低温物体流动，在达到完全相同的温度时，形成平衡状态。在上述两个湖水中，即使水面存在波涛，平衡水面的高度也没有变换，故两个湖水间没有水的流动，仍然定义为平衡状态。此时，由于湖水水面没有水位差，物体没有温度差，故自它们未产生能量。第二热力学系统断定在没有水面差或温度差时，不能获得能量。但是，在同时性原理的观点中，虽然也包括利用水位差或温度差的方法，但除此之外，由湖水的波涛若设置与波涛相同尺寸程度的浮游物则可得到动能，浮游物的尺寸可以包括小以与波涛一个波峰撞击，该尺寸若太大以使多个波峰和波谷同时撞击，则不能得到动能。由多个电子出入的大的整流面上不能得到能量相同。若设与浮游物冲突的波涛的波峰数为m，波涛的波谷数为n，则可用m＝n+1表示，在n＝0时，可最有效地得到动能，随浮游物的尺寸越大，获得的能量越低。在将水面上波涛的一个波峰称为动子，将一个波涛占有的空间称为该波涛的空间子的情况下，在浮游物(功能子)的尺寸在空间子的范围内时，动子的能量最佳地传递给功能子。具有热量的物体表示分子振动波的存在。若设置该波涛的尺寸程度的适当的装置，就可整流热运动电子得到电能。湖水的水面高低与波涛无关。即使温度下降几度，电子也仍然进行热运动。
关闭水闸，利用两侧湖水的波涛的能量制造电能，利用该电能将一侧的湖水向另一例移动，就可制造水位差。在物体中，由于物体内产生的热为外部能量，可以以相同方式获得温度差。物体中，由于该热是从外部施加的能量，故在物体中可制造温度差。在前述湖水的情况下容易认定，但是对物体热是由外部施加的能量这一点，感觉上不容易接收。在热力学第二定律中，水面上的波涛或导体内的电子热运动不是处理水面平衡或物体热平衡时考虑的部分。也就是说，不承认物体内已经存在的能量。在两个湖水是平衡状态时，考虑关闭水闸使风停止的情况时，湖水形成与外部隔绝的孤立系统，可以认为波涛渐渐减少，同时可利用波涛储藏的剩余能量制造若干水位差，利用与其对应的思考方式，可以认为物体热是物体系统内已经储藏的能量，利用该能量的方法，也就是说，整流热运动的电子制造电能，并使其热放入时，就可制造温度差。与从湖水水面的波涛得到能量或自在整流面往复的电子振动这种波涛得到能量相同。差别只是波涛是可视现象，而电子振动是我们的感官所不能感知的。
热只能另一种形式。只是，在要由热得到其他形式的能量时，根据没有低温源就不能得到热的经验得知热本身不能直接转换为其他形式的能量。例示的利用花粉的发电原理上完全不存在不可能的部分，在花粉的尺寸是水分子的尺寸时，可以预测可进行更高效率的工作。只是技术性问题。这里，没有低温源。因此效率是100％。理论上讲，在绝对温度以上就是可能的。与利用电子的热运动能的发电完全相符。由水力发电、湖水水面上的波涛、花粉的布朗运动的例子可知，可最有效地得到动能之处是平衡状态的系统内同时性概率值为零(0/1)或其近似值的空间。通过设定与该空间相应的尺寸的适当装置，我们可得到能量。
当相邻的A、B两个空间存在水位差，A空间的水不同时存在于B空间，当A、B两个空间存在温度差，A空间的温度不同时影响B空间的通过。没有人怀疑由水位差或温度差可得到能量。这是相信在A、B空间的水位或温度的同时性为零(0/1)时可得到能量的原因。在A、B的状态随时变化的情况下，可由同时性概率为零(0/1)的空间得到能量。这表示同时性原理毫无疑义地可包括热力学第二定律适用的概念而没有冲突。今天我们使用的动力源几乎都是由一个动子、其空间子和该空间内设置的功能子在同时性概率为零(0/1)的空间内输出的能量。例如，爆发的燃烧气体这种动子在汽缸这一空间内推压活塞这一功能子的空间，在概率上而言是使例子等仅向单一方向运动。分析风力、水利、水蒸气压力、电能和利用电能的各种能量输出装置等的结构，均不脱离该范畴。对于施加交流电压的整流面内自由载流子的相位由电压变为相同，整流面形成位于自由载流子等占有的空间内的功能子。这种形式与微细整流面惊人地相似。单一相位的动子、其空间子以及整流功能子，前者是由电压制造单一的相位，后者是利用缩小空间的方法制造单一相位，但形式、功能和结果相同。根据水力发电的例子，若出发点与到达点相交，则一个大的平衡系统成立，在该大的平衡系统内原理上存在的一部分不平衡部分设置巨大的水力发电站，若考虑大陆移动的长时间和地球表面这一广大的面积，则不过是在该面积内暂时呈现后消失的极小的同时性概率值为零(0/1)的空间，我们是由该小空间得到能量。这一事实也许是普遍的真理。当考虑到来源于质量的巨大辐射能消失于宇宙中而返回成质量，该巨大的平衡可以概念化。对于这种情况，则核裂变或核聚变成平衡系统内同时性概率值为零(0/1)的空间内的现象之一。不仅由温度差得到能量，热自身也产生能量，这意味着热和能量同格，考虑已知的质量和能量同格的事实，质量和热同格。
在此明确的是水力发电是实用化的例子，波涛的实用化还是研究阶段，从利用液体分子的动能的阶段不能构成相应的尺寸的装置(功能子)的事实可知，其实用化尚很遥远。但是，对半导体和金属的接触面内存在的自由载流子的同时性概率为零(0/1)的空间分析如下，根据控制半导体的自由载流子密度的技术、控制金属粒子的尺寸的技术、半导体材质的选择、半导体和金属粒子间的整流特性的控制技术等，判断是处于目前人类具有的技术水准可实现目的的范围，对其进行试验的就是本试验。由上述内容确信：利用整流热运动电子的方式可由热能转换为电能，从理论上是可行的，由此可继续试验，在遇到难关时，也可根据该理论得到解决办法。
比较本发明和太阳能电池，即使按电压1/5倍、电流20倍(试验中，根据面积为500倍)，产生4倍的输出功率。但是，该装置不拘泥于面积。可用薄膜立体地设置在狭小的空间，单位体积输出可为数十倍。常温的物体热是能源，热自周围持续流入供给。当然即使在高温下也可设计为可工作，得到能量的同时也可制冷。申请人提出的试验对本领域技术人员可简单而容易实现。
基于同时性理论的本装置的构成方法可有多样的结构。金属面和半导体粒子的接触方法(材质的反转)、在PN节(p-n junction)上分布与两半导体同时接触的方法、在PN节上施加微细粒子的方法、将P型和N型串联的方法等可制造多种同时性概率为0/1(零)成立的结构。
综上所述，用于整流热运动电子的基本结构可如下地实现：(1)在集电电极板面上形成势垒(水、各种导电性熔融材料和电解质)、电阻导电塑料或隧道效果层，(2)在该势垒上，尽可能以高密度及均匀的分布由电子能量值决定的均匀尺寸且半导体和整流特性良好的材质的微细金属粒子，(3)形成与金属粒子密度相同且接触微细金属粒子的半导体层，优选地是，利用其内仅存在容纳子的P型半导体或其内仅存在供给子的N型半导体。最好选择两种载流子(carrier)的密度差异大的材质。(4)使欧姆层与该半导体层接触，(5)形成与该欧姆膜接触的金属板，该基本结构也可进行多种变形。
图1表示本发明的热运动电子整流装置的结构。
本发明的热运动电子整流装置的结构如下，在第一金属层10的表面形成电子移动势垒12，在电子移动势垒12上以各粒子等适当(有规则的、即尽可能相互间隔一定间隔排成一层)配置的方式形成微细金属粒子分布层14，在微细金属粒子分布层14上形成半导体层16，在半导体层16的表面上形成欧姆层18，此后，在欧姆层18上形成第二金属层20。
图2表示本发明的用于将热能转换为电能的试验装置。
试验装置在真空腔30内设置热运动电子整流装置，将腔内空气排出，做成真空状态。真空腔的外部表面进行电屏蔽，利用屏蔽电缆40的接地线接地。真空腔30的外箱通过电容器C与屏蔽电缆40的信号线连接，除去外部噪音。
试验用热运动电子整流装置的结构如下。
制备Cu2S-CuS-Ag2S共晶体的半导体样片(尺寸28mm×8mm×4mm)，其一个表面研磨成镜面，并形成半导体层36。在研磨成的镜面上用铜棒进行一定摩擦后，将该面在白纸上摩擦以加热该表面。在镜面的背面通过利用粘接剂(银糊)34固定在金属板32(不锈钢)上。将铝板(厚度为0.2mm)锋利地剪成约20°的角形成尖端，将其尖端用较小的火焰加热以在尖端的表面形成铝氧化层，从而形成铝针38。然后，将形成氧化层的铝板的尖端与镜面固定，将金属板32通过屏蔽电缆40与探测装置50连通。
在连通的初期，测定装置的电压表显示数μV的电压(铝板电极为阴电位)，但随着时间的推移渐渐减小。约30分钟后，极性改变(铝板电极为阳电位)，同时显示电压再次增加的现象，观测到自极性改变的时刻2小时后，电压为约100mV，3小时后，为约200mV，4小时后，为约250mV。
将电压表换成安培计(内阻为1000Ω)测定电流，显示其值为约150μA。约90分钟内呈现几乎一定的电流值(150μA)，随着时间的进行，电流值开始渐渐减小，减小的程度呈加速度加快。
此时，再次连接电压表进行测定，显示电压降低了数mV。此时在样片的镜面和铝针38的接触点用肉眼看不到任何痕迹。(大气中的试验)
在该试验后，继续进行了试验(在以后的试验中未使用银糊)，但未能再发现这样大的电压。继续的试验结果，得到了非单纯化学电池的结论，得知仅在微细分布于试样片的镜面的金属痕迹存在时呈现电动势，金属痕迹若未存在试验片上，电动势就会消失。用各种半导体进行了相同方式的试验，其结果，虽然程度不同，但在微细金属粒子存在于表面上时，均呈现产生电动势这一共同现象。
以相同的尺寸制作Si(市售98.5％块(ramp))，用白金(Pt)的微细粉末搓擦，在观察了约2年后，得出了微细金属电极不是作为化学电池的消耗材料起作用的结论和因湿气而具有电压差的结论，得出了时间越长电流值越小及氧化膜对Si表面产生影响的结论。得出了即使微细金属电极和Si面之间具有氧化膜也具有相同的作用的结论。(大气中的试验)
发现Cu2S-CuS-Ag2S的共晶体试样片具有其表面的微细金属粒子浸入半导体层(36)内的现象，湿气越多浸入速度越大。从而理解了当初的试验状态。也就是说，摩擦铜棒使铜的微细粒子存在于表面，而产生足够大的电动势，但是，当时试验环境的湿度使该微细粒子浸入样片中，从而减小电压。微细粒子数减小并达到优化数量而给出最高电压值。
使电流流通后，电压减小，然后当经过一定时间后，电压恢复，得知加进了化学电池的特性，可知湿气产生了很大的影响。
为了进行无湿气状态下的试验，在真空中和空气中交替更换试验环境进行试验，电动势方向根据环境彼此相反。在空气中产生大的电动势的样片在真空中也具有大的电动势。反复进行试验，观察到：试样片的电动势具有两个相反的电动势，但方向根据环境而不同，在10-3Torr和10-6Torr下，该值相差约20倍。
在真空中，微细粒子的浸入速度显著减小，输出电流值维持一定，几乎不存在化学电池的特性。
在真空中的试验中，观察到当真空度维持一定时，输出电流在几天中维持相同的值。
在10-6torr之下，获得0.8mV电压和0.6μA的电流(安培表的电阻是1000Ω)，半导体36和铝针38的接触面的大小虽未能正确测定，但推定约为5μm×5μm。假设为该面积，则单位面积电流为每25μm2 0.6μA及每cm22.4A。
在使Si太阳能电池短路时，每单位cm2的电流是0.02A，直径11.6mm、高3.4mm的水银电池具有最大允许电流0.0025A，电容量为0.07Ah，放电电汉为2.4A且电流仅流动105秒。试验使用的样片也是该水银电池的容积程度，但是即使以2.4A的电流放电(实际可更大)，电容量则为水银电池电容量的2568倍。
因此，本发明的热运动电子整流装置可以确认是与现有的化学电池完全不同的另外的起电装置。
本发明的发明人考虑了下述的金属。
假定P形半导体层和金属层接触而两个物体间无电势差，则电子无势至地进、出接触面，且往来出入的数值相同。但是当金属层或半导体层任一方为微细粒子时，则出现变化。若仅以一个电子形成微细粒子，则微细粒子呈现电位，粒子越少该电位越大。(详细说明该部分的是同时性原理及其理论)(参照曲线A及表1)
在P形半导体层16和金属微细粒子接触的情况下，假如一个电子自金属粒子向半导体层16侧移动，则该金属的微细粒子相对于P形半导体16具有高电位，此时形成顺向，电子可容易地向金属微细粒子侧移动。但是在电子自P形半导体16向金属微细粒子侧移动时，金属微细粒子为低电位，与P形半导体16为逆向，故难于返回。因此，在真空中，微细面积的整流面使热运动电子向单一方向运动。
在N形时产生相反的现象。微粒子越大，出、入的电子数越接近相同，故电压差减小，若粒子过少，则一个电子的电压过高，而电子不能移动，故没有电动势。
实际上，具有为数众多的粒子，该粒子的相位和振动周期各自不同。但是，将电子向一个方向引导，这一点是相同的。而且，若金属粒子和金属面形成一体，则不能具有该效果。
本发明的整流装置包括金属层10、势垒12、微细金属粒子分布层14及半导体层16，且可将不规则的热运动电子的运动方向整流为一个方向，以将物体的热能直接转换为电能。
产业上利用的可能性
如上所述，本发明可在微细金属粒子分布层和半导体层之间利用热运动电子的整流作用将热能转换为电能，故可在常温下，不自外部供给其他能量而获得电能，故可对下一代能源带来技术性革命。
尤其是，若将均一尺寸和形状的数nm至十几nm直径的微细电极以均匀的间隔配置，并使其不浸入与其接触的半导体中，则其寿命几乎是永久的，性能甚至可期待取代现有的内燃机的动力。甚至可预想在无燃料供给的情况下由吸收周围的空气得到热量而行走的汽车以及内装永久电源的计算机等。首先，在小型携带用电源的需求激增的今天，无公害永久电源的导入会给整个产业界带来莫大的影响。
根据上述内容，只要有有关半导体的基础知识即可容易地使可整流热运动电子的装置变形。也就是说，可利用各种方法获得该结构，如使金属面和半导体微细粒子接触的方法(材质的反转)、在PN节(P-N junction)上分布同时接触两半导体的金属粒子的方法、减微细粒子施加到P-N节上的方法、串联设计P型和N型的方法，制造整体形状的方法，省略欧姆层的方法等。该结构的共同特征只具有相同电子整流方向的微细粒子的整流面的集合。
上述中，参照实施例对本发明进行了说明，但是，本领域技术人员可在不脱离本发明权利要求记载的思想及领域的范围内，对本发明进行多种修改及变更。
Claims (3)
1、一种热运动电子的整流装置，包括：
第一金属层；
电子移动势垒，其与上述第一金属层接触；
微细金属粒子分布层，其中均匀分布所述粒子，所述分布层与所述电子移动势垒相接触；
半导体层，其与微细金属粒子分布层接触；
欧姆层，其与上述半导体层接触；
第二金属层，其与上述欧姆层接触，所述第二金属层由微细整流面的集合构成。
2、一种热运动电子的整流装置，包括，具有相同整流方向的微细整流面，所述微细整流面相互间电绝缘，且微细整流面与一个集电极之间形成不完全导通状态(截止状态)。
3、一种将热能转换为电能的方法，其特征在于，通过使用热运动电子的整流装置对热运动电子进行整流，而将热能转换为电能。
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