能量转换器的俯视图的显微图。
[0044]图10示出和示范连接到散热片的能量转换器。
[0045]图11(a)和11(b)示出了热串联和电串联连接的第一和第二能量转换器，其中第一和第二转换器可以由相同或不同能源供能。
[0046]图12示出了热和电连接的若干示范性能量转换器。
[0047]图13示出了显示从最冷(结构的内部)流到最热(结构的外部)的反应物和冷却剂的示范性横截面，最热部位上固定有预平衡弹道式折射转换器组件。
[0048]图14-A示出了显示支撑衬底上与固态能量转换器组合件一起形成的惰性间隔物的示范性横截面。
[0049]图14-B示出了支撑衬底上间隔物和固态能量转换器组合件的示范性横截面细节。
[0050]图15示出了显示含有固态能量转换器组合件的衬底的堆叠并且显示堆叠元件之间的空间中反应物流、冷却流和废料流的示范性横截面。
[0051]图16示出了在支撑结构的表面上电串联连接的固态能量转换器组合件的示范性横截面。
[0052]图17示出了显示反应物和冷却剂流过支撑结构并且绕结构上的固态能量转换器组合件流动的衬底的示范性横截面。
[0053]图18示出了含有固态能量转换器和间隔物的示范性表面，所述表面卷起，使反应物和冷却剂流过卷筒。
[0054]图19示出了将催化反应释放的能量转换成机械功的装置的示范性实施例的横截面。
[0055]图20示出了以压电方式产生电的装置的示范性实施例的横截面。
[0056]图21示出了根据本发明产生电或辐射束的布置的示范性实施例。
[0057]本文所述的上述和其它优选特征包括元件的实施和组合的多种新颖细节，现将参看附图更具体地描述并且在权利要求书中指出。应理解，具体方法和设备仅通过说明的方式显示并且不作为权利要求书的限制。所属领域的技术人员应理解，本文中传授的原理和特征可以在不脱离权利要求书的范围的情况下用于多个和许多实施例中。
【具体实施方式】
[0058]描述用于产生电和或转换成其它能量形式的方法和设备。本文披露的每一个特征和传授内容可单独使用或与其它特征和传授内容结合使用。参考附图进一步详细地描述单独和以组合形式使用这些其它特征和传授内容中的多个的代表性实例。这一详细描述仅打算向所属领域的技术人员传授用于实践本传授内容的优选方面的其它细节并且不打算限制权利要求书的范围。因此，以下详细描述中披露的特征的组合可能在最广泛意义上不必实践传授内容，而是仅为了具体描述本传授内容的代表性实例而传授。
[0059]在以下描述中，仅出于解释的目的，阐述特定的命名法以提供对本文所述的多个实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将显而易知的是这些具体细节对于实践本文所述的概念并非必需的。
[0060]此外，可以并非具体和明确列举的方式合并代表性实例和从属权利要求的各种特征以提供本发明教示的其他适用实施例。还应明确地注意，出于原始披露内容的目的，以及出于限制所要求的主题的目的，实体群组的所有值范围或指示披露每一个可能的中间值或中间实体。还应明确地指出，图式中显示的组件的尺寸和形状经设计以帮助理解如何实践本发明传授内容，但并不打算限制实例中显示的尺寸和形状。
[0061]额外实施例热并联和/或串联连接固态转换器以及电并联和/或串联连接固态转换器。连接的转换器进一步并联和/或串联连接。热连接与电连接物理上不同。能量源和热源包括具有独特空间不均匀温度特征，暂时偶发性和不恒定能量爆发的那些能量源和热源，并且多个区域可呈现不均匀热流动速率。
[0062]本文所述的多个实施例为将不同能量形式转换成电或其它能量形式的固态装置。使用与本文所述的那些类似的电子传输机制的先前装置的限制因素为装置的每个二维区域单元产生功率的表面积。本文所述的多个实施例通过增加固态能量转换器装置的表面积而不显著增加此类装置的二维区域来克服这些问题。
[0063]供能方法包括使用化学反应能量、光伏法、使用传播和/或渐逝电磁辐射、使用电库仑耦合、使用热流和相关热梯度、使用太阳能激发器、使用热源(例如地热、摩擦和核热源)、使用核供能、使用现场电离辐射、使用放射性废物辐射、使用火焰加热器和催化加热器、使用热-电和塞贝克效应(Seebeck effect)以及使用压电供能。
[0064]本文例如在图4到9中所述的装置结构和方法/工艺包括(但不限于):(a)纳米线、纳米纤维或纳米管；(b)具有互连壁和孔的多孔性纳米工程结构；以及(C)具有渗滤网状结构的多孔性纳米工程结构。制造方法/工艺包括(但不限于)引导膜生长产生多孔性结构或/和纳米工程结构。制造此类装置的方法包括(但不限于)(i)污染氧化和蚀刻；(ii)干式和/或湿式氧化和蚀刻；(iii)电化学氧化和蚀刻；(iv)阳极化氧化和蚀刻；(V)微弧氧化和蚀亥IJ;溶剂、糊状物或胶体中的半导体、介电质、金属、导体和/或可以是传导催化剂的催化剂、金属盐的纳米粒子；以及(vi)溶胶工艺。对于特定半导体和介电质(例如硅)，全部这些制造方法/工艺仅需要蚀刻向材料中引入孔隙率和纳米工程结构。
[0065]在某些实施例中，描述化学能转换装置，其利用多孔性半导体或介电质和多孔性导体和/或催化剂，这些可以是平面二维衬底或三维衬底上的传导催化剂、一个整合单元/网状结构。二维或三维衬底可以是刚性或柔性/可折叠的。介电质或半导体(例如二氧化钛(T12),有时称为氧化钛)、半导体网状结构的多孔性薄膜例如可以通过在无孔平面衬底(例如硅)上或沉积于平面衬底上的无孔支撑层(例如硅上的无孔T12层)上沉积金属钛(Ti)的薄膜来制造。这一沉积的薄金属Ti膜随后可氧化形成T12并且通过以下方式进一步改性在其微观结构中形成纳米多孔性孔洞:(i)污染氧化和蚀刻，(i i)干式或湿式氧化和蚀刻，(iii)电化学氧化和蚀刻，(iv)阳极化氧化和蚀刻，或(V)微弧氧化和蚀刻。全部这些工艺中涉及的化学试剂包括(但不限于)氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)或/和氢氧化钠(NaOH)。还可以在沉积的金属Ti薄膜与平面衬底之间插入充当势皇层的额外无孔材料层，从而进一步提高装置电气效能。在另一实例中，衬底本身可以是三维结构，例如(但不限于)多孔性硅、纹理化硅表面以及图案化硅晶片。同样，可以在上文所述的金属Ti层和三维衬底之间插入半导体或介电质(例如T12)的额外无孔薄层。作为另一实例，可以通过使用导体/催化剂、半导体和介电质的纳米粒子的印刷技术或旋涂在二维或三维衬底上制造多孔性导体和/或催化剂(可以是传导催化剂)，以及多孔性半导体或介电质的整合体。
[0066]尽管使用T12描述本文所披露的各种实施例，但是当论述T12时，可使用例如具有纳米工程结构的多孔性半导体和介电质的薄膜的其它材料而不脱离本文中的传授内容。此类其它薄膜多孔性材料包括(但不限于)硅;Al203;GaN;GaAS;Ge;Zn0; 二氧化硅;碳;银、钽、锆、铈、锡以及钒的氧化物。这些材料还适用于下方平面和三维衬底或支撑层。相同处理方法还可以用于装置制造中。
[0067]如将论述，在多孔性半导体的内部和外部表面上放置催化剂和/或导体以形成多个(并且优选地，并且大量)固态结。可用于与多孔性纳米工程半导体或介电质网状结构一起形成固态结的催化剂和/或导体可以是贵金属或其它金属，例如(但不限于)Pt、Au或Pd。这些导体和/或催化剂可以使用许多方法沉积，包括(但不限于)使用溶剂、糊状物或胶体中的纳米粒子或/和金属盐;薄膜沉积随后退火以使形成的纳米粒子成核或糊状物/溶剂/沉积方法的组合;化学气相沉积(CVD);溅镀;蒸发;原子层沉积(ALD);或溶胶工艺。
[0068]转而参看图2，描述能量转换的机制。图2描绘能量转换装置的催化剂-纳米线界面的能带图200。电荷载流子激发器205与催化剂和/或催化剂导体210接触。电荷载流子激发器205(在这一情形下，为包含燃料和空气的化学反应激发器)向半导体215的导带220中注入电子240。此处，电子240遭遇半导体215和导体210之间的肖特基类电势势皇225，并且所述导体还可以是包埋导体的顶部电极层(未示出)。电子240接着在导体210和半导体215之间的界面处通过内置式电场朝底部接点(未示出)定向。电子240在外部电路(未示出)中行进，由此将其能量转移到负载，随后通过顶部接点(也未示出)返回到催化剂/导体部位。图2中所示的电路的输出电压将取决于催化剂/导体和半导体的导带中费米能级之间的电势偏移(势皇)。
[0069]换句话说，如图3中所图示，氧化-还原(氧化还原)反应诱发催化剂部位与半导体部位之间电子的化学电势差，这继而导致EMF( Ay = V2-Vi) ο
[0070]在本文所述的一个实施例中，是将化学能转换成电的化学能转换装置。使用与本文所述的机制类似的电子传输机制的先前装置的限制因素为可能发生的催化反应的速率。如本文所述的装置的化学能转换器装置的电产生与反应速率和燃料转换率成比例，并且反应速率和燃料转换率与至少(i)发生催化反应时的温度，和(ii)催化剂的总表面积成比例。然而，提高表面积一般导致装置二维上变大，并且因此增加装置的尺寸，这是不合需要的。同样，可以提高温度来提高反应速率，但提高温度也可能不合需要。本文所述的多个实施例通过增加化学能转换器装置的表面积而不显著增加此类装置的二维区域来克服这些问题。
[0071]图4示出了化学能转换器装置400的实施例。具体来说，图4示出了具有纳米线415的装置，其形成于衬底层(未示出)上，其中衬底层可包含介电质或半导体(例如氧化钛(T12))的多孔性薄膜。衬底层形成于电极410上，所述电极可以由金属传导材料或高度n-掺杂半导体材料制成。电极410可以在衬底层之下或在衬底和纳米线415之间。纳米线415可包含纳米工程多孔性半导体材料或纳米工程多孔性介电质。无论哪种方式，纳米线415形成导电阵列。导电材料420在纳米线415的表面上，但是还可能存在插入材料。导电材料420可以是金属粒子，其中各金属粒子与形成纳米线415的半导体材料形成肖特基二极管结。在使用时，能源430(例如氢气，或甲醇或天然气，和空气)或单一推进剂能源或燃料(例如过氧化氢)与催化剂420接触，这使来自导体420的电子注入到半导体405中，所述半导体随后附接到电极410。这