量子真空能量提取的制作方法

专利名称：量子真空能量提取的制作方法
量子真空能量提取
背景技术：
Max Planck于1912年提出了零点能量的概念。这个想法随后在 1913年由Alber Einstein和Otto Stern进行研究，在1916年，Walther Nernst提出宇宙充满了零点能量。现代的随机电动力学领域就是基于 这些想法。
同时，原子的结构和稳定性仍然是个谜。原子的卢瑟福模型是基 于对行星(电子)围绕太阳(原子核)的运动的分析。但是这是不可 行的。轨道运行的电子会发出拉莫尔射线，迅速地丧失能量并且因此 在小于一万亿分之一秒的时间尺度内螺旋进入原子核中，从而不可能 呈现出稳定的状态。如今在随机电动力学(SED)理论范围内已知的 是涉及吸收零点能量的一种可能的方案。Boyer于1975年证明最简单 的可能的原子和原子形态，即处于基态的氢原子，可能在经典卢瑟福 氢原子的恰当半径上处于拉莫尔辐射与零点能量吸收之间的平衡状 态。
由于这种解决方案在1913年时还是未知的，所以Niels Bohr采用 了一种不同的方式，即简单地假定对于原子核中的电子来说仅有离散 能级是可用的。这种推理路线在20世纪20年代引起量子理论的发展。 经典零点能量的概念被遗忘了十年。但是，随着海森堡不确定性原理 的公式的出现，量子范围内的同样的概念在1927年重新出现。根据所 述原理，谐波振荡的最小能量的值为hf/2，其中h为普朗克常量，而 f为频率。因此不可能从振荡系统中去除这个最后的随机能量。
由于在量子理论中电磁场也必须被量子化，因此需要在量子振荡 器的特性与电磁场的波之间作比较。可以得出这样一个结论，即由频 率、传播方向和偏振状态构成的任何可能的电磁场模式的最小能量为 hf/2。通过场的所有可能的模式使这个能量倍增将引起电磁量子真空，其具有与Planck, Einstein, Stern和Nernst十年前所研究的经典零 点能量相同的特性-能量密度和光镨。
涉及经典物理学加上附加的经典零点场的研究线路由Trevor Marshall和Timothy Boyer于1960年重新开启，并且将其命名为随 机电动力学(SED)。 SED提出了这样一个问题"在经典物理学的基 础上仅附加零点电磁场可以解释哪种量子特性、过程或定律"。两个早
期的成就是黑体光镨的(即不涉及量子物理学的)经典推导和对于发 出拉莫尔射线但是吸收零点辐射的氢原子中的经典轨道电子在经典波
尔半径上具有平衡轨道的发现。由Timothy Boyer ( 1975)提出的对 于该问题的最初的解决方案被H. E. Puthoff ( 1987)完善。他们的分 析将轨道电子当作谐振子加以处理。
这个结果经过Daniel Cole和Y. Zou的近期工作取得了较大的新 的进展，他们模拟了传统电子在氢核的真实库伦场中的轨道运行，并 且发现由于发射和吸收过程的随机特性，这种真实的电子自身会处于 与原子核相距一定距离的范围内，这与量子力学相符合。平均位置位 于正确的波尔半径上，但是实际的位置分布非常精确地复制了相应的 Schr6dinger方程的电子概率分布，在所述Schr6dinger方程中，电子 被认为是由波动函数表示。(在SED表达式中，电子不是因为其为波 动函数而被"抹去"，而是因为作为点状微粒，其受到电磁量子真空漂 移的持续扰动。)
这种理论的明确的结论是由于存在拉美尔射线与吸收之间的不平 衡，在与电子轨道运行相对应的频率下的电磁量子真空的减小将导致 轨道运行的衰减。
所述电磁量子真空能量谱与频率的立方成比例。如果真空能量在 电子的"正常"轨道运行频率下被抑制，则将会导致电子向内螺旋进入 更高频率的轨道。这样，它随后将会由于能量谱随频率的立方增加从 而遭遇到与电磁量子真空能量镨的新的平衡位置。
如果如Boyer， Puthoff， Cole和Zou的分析所显示的那样，所述 SED解释对于氢原子来说是正确的，则它同样必定可以应用于所有其它原子和它们的多电子结构中。在那种情况下，电子从激发态向低能 量状态的跃迁涉及从一个稳定轨道向另一个稳定轨道的迅速衰减，而 不是瞬时的量子跳跃。电子轨道的稳定性的基础的细节至今仍需要通
过SED理论确定，但是从单电子氢原子情形获得的逻辑归纳是很清晰 的所有原子中的电子轨道必须通过发射与吸收之间的平衡确定，因 此要经过涉及在适当频率下的电磁零点场的模式抑制的修正。
据称，电子轨道的修正本质上是与原子中电子能级之间的自然跃 迁相同的过程，因此在这样的过程中释放出的能量可以以与普通跃迁 能量相同的方式捕获。
通过将原子移入微结构和从微结构中移出，所述微结构抑制电磁 量子真空的适当模式，可以完成从电磁量子真空中提取能量。这可以 通过微型卡西米尔(Casimir)空腔完成。
所述电磁量子真空作为能量的真实来源由氢原子中s级与p级之 间的兰姆移位、范德华力、阿哈拉诺夫-波姆效应和电子电流中的噪声 表示。
但是，电磁量子真空最重要的效应是卡西米尔力的存在，卡西米 尔力是平行的导电板之间的力，其可被解释为电磁量子真空能量的辐 射压力效应。具有导电壁的空腔中的电磁波由于与壁表面上的横向分 量边界条件有关而被约束为特定的波长。结果，实际上在平行板之间 的卡西米尔空腔中，将会抑制那些波长大于板间距的辐射模式。随后， 外部的电磁量子真空辐射的过压将所述板推在一起。作为一个问题(所 谓的"黏附，，)以及一种可能的控制机构，在卡西米尔力方面存在有大 量的文献，并且所述力的真实性也已经从实验室试验发展到微电子机 械结构(MEMS) 4支术。
模式的排除不是在波长等于板间距d时突然出现的。模式抑制在 波长为d或更大时最强，但是同样当波长落在"阶梯"d/n之间时也会 开始出现模式抑制，并且随着n增加所述效应减小。我们提出使用在 这种方式中出现的对波长小于d时的部分模式抑制以能够应用具有最 大可用实际尺寸的卡西米尔空腔。研究者表示，当能量从零点能量中被"提取，，时没有违背热力学定
律，这是因为能量仍然守恒并且也没有违背所述第二定律。Cole和 Puthoff实施并公布的热力学分析显示没有发生违背定律的情况。实际 上，Forwrad ( 1984 )的思想实验示出了 一种简单的但是非实际应用 的能量提取实验。
在对氢原子的随机电动力学(SED)解释中，基态被解释为实际 上相当于速度为c/137的典型的轨道运行电子。由于在经典电磁发射 与从电磁零点场的吸收之间的平衡，所述轨道在波尔半径处是稳定的。 这种观点由Boyer ( 1975)首次获得，随后由Puthoff ( 1987)提炼， 并且该观点由Cole和Zou( 2003， 2004 )通过详细的模拟再次被加强， 该模拟论证了在这种解释中所述电子的随机运动再现了薛定译波函数 的概率密度分布。注意，这种解释与量子力学的解释之间的一个明显 差异是在量子力学中，电子的ls状态被认为具有零角动量，而在SED 解释中，所述电子具有mcr/137=h/27i的瞬间角动量。但是，Nickisch 的SED模拟显示出，正如在量子情形中由于轨道平面上的零点扰动一 样，时间平均角动量为零。因此，对足够"轨道"的这种"传统电子"的 均值将围绕原子核充满球形对称容积，其中所述原子核具有与薛定谭 波函数相同的径向概率密度和为零的净角动量，这完全符合量子特性。
在SED观点中，波尔半径为0.529A (埃)。这意味着负责维持轨 道运行的零点辐射的波长为2*tt0.529*137=455A( 0.0455樣t米)。据称， 在卡西米尔空腔中零点辐射在这个波长上以及更短的波长上的抑制将
导致电子衰减到更低的能量状态，所述更低的能量状态由加速电荷的 典型发射与在K455A的零点辐射之间的新的平衡确定，其中X取决 于卡西米尔板间距d。注意，电子的所述量子概率密度的尾部(与Cole 和Zou的SED模拟相同)延伸到五个波尔半径之外，使得即使在或 许为0.1微米-0.2微米的相当长的波长上，也可以实现能量平衡中的 某些变化。
由于这个轨道的频率为6.6xlO"S",因此无论电子4皮多么迅速地 射入卡西米尔空腔中，所述过程仍是轨道运行电子所经历的过程中的比较慢的一个。我们因此假设对新的次波尔(sub-Bohr)基态的衰减 将涉及热形式的能量的逐步释放，而不是突然的光辐射信号。
由于电子的结合能为13.6 eV,我们假设在这个过程中能量释放的 量为大约1至10 eV以将氢原子射入d=250A或205A左右(或许如上 所述的甚至更大的空腔)的卡西米尔空腔中。 一旦脱离空腔，所述电 子将从零点场吸收能量并且被再次激励至其正常状态。所述过程中提 取的能量(热)在损失零点场的情况下获得，其在SED的解释中在整 个宇宙以光速流动。实际上我们在局部提取能量并全局地补充它。想 象一下从海洋中提取满管的水。是的，海洋由此正在被耗尽，但是并 没有随之发生实际的后果。
由于在标准温度和压力(STP)下自然存在的氢为双原子分子， 因此在将氢原子射入卡西米尔空腔中之前需要进行分解处理。我们避 免了上述复杂化并且通过与单原子(惰性)气体一起作用而利用了多 电子修正(multi-electron modification )，其中所述单原子气体同时具 有安全与廉价的优势。
我们利用自然存在的惰性气体有三个原因
(1) 不需要分解处理。
(2) 更重的元素原子比氢原子大约大2至4倍，并且因此可以利 用并受到易于制造的更大的卡西米尔空腔的影响。
(3) 更重的元素具有多个壳层电子，几个壳层电子可以同时受到 卡西米尔空腔中的零点辐射的减小的影响。
以下是潜在地适合的五种惰性气体
He (Z=2， r=1.2A)
Ne (Z=10， r=1.3A)，
Ar ( Z=18， r=1.6A)
Kr ( Z=36， r=1.8A)
Xe (Z=54， r=2.05A)。
所有这些元素均包括ns电子。He具有两个ls电子。Ne具有各 两个ls和2s电子。Ar具有各两个ls、 2s和3s电子。Kr具有各两个ls、 2s、 3s和4s电子。Xe具有各两个ls、 2s、 3s、 4s和5s电子。
假设最外层电子完全被其它电子屏蔽( 一种粗略的假设)，其轨道 速度被衡量为r_1/2 (常用的开普勒周期的平方与长半径的立方成比 例)，因此k (与r/v成比例)将被衡量为r3/2。如果是在这种情况下， 则较大的半径r3/2转移到对外部电子壳层的能量特性产生影响的更大 的卡西米尔空腔中。因此我们应当认为(1=0.1微米(或是甚至大到一 微米)的卡西米尔空腔具有降低最外层的S电子对的能级的效果......
并且还可能对p电子和中间壳层s电子产生同样的影响。
有理由期待，0.1微米的卡西米尔空腔对每次射入这种空腔中的 He, Ne， Ar， Kr或Xe可以产生1至10 eV的释放。
根据完成理论上的卡西米尔空腔计算的Jordan Maclay的理论， 长圆筒形空腔导致在所述空腔上产生向内的力。在卡西米尔力的"模式 排除"的解释中，这表示直径为O.l微米的圆筒形空腔将产生理想的壳 层电子衰减以及随后的能量释放。
现在已经认识到，电磁量子真空场对于经典量子理论(Milonni 1994)中的原子稳定来说是形式上所必需的。这个概念在物理学领域 被称为随机电动力学，其通过理论和模拟作为氢原子中的电子基态的 基础而被展示。经典波尔轨道由拉莫尔发射和从在SED理论中的电磁 量子真空的零点波动中的能量吸收之间的平衡来确定。随后， 一旦抑 制适当的零点波动，所述平衡将会被打破，使得电子衰减到实际上通 常很难发现的更低的能量等级，并且在这个跃迁过程中释放能量。适 当尺寸的卡西米尔空腔能够实现这个零点波动抑制。卡西米尔空腔指 的是电磁模式被抑制或限制的任意区域。 一旦进入这种适当设计的卡 西米尔空腔，电子能级将改变并且将释放能量。 一旦从卡西米尔空腔 中脱离，所述电子将通过从周围环境的零点波动中吸收能量而回到其 通常状态。这能够以零点波动为代价实现能量提取循环。尽管还不能 在理论上加以证明，但是拉莫尔发射与从零点波动吸收的能量之间的 相似平衡必须成为所有原子的电子状态的基础，不仅是氢，从而允许 任一原子可被用作零点能量(与零点波动相关的能量)提取的催化剂。相信还有一种类似的方法也可以作为分子键的基础，从而产生类似的 能量提取循环。
以下是涉及相关现象的专利的列举
专利5，018，180， Energy conversion using high charge density (使 用高电荷密度的能量转换)，Kenneth R. Shoulders。它涉及火花力文电 中的电荷簇的产生。它推测电荷的静电排斥通过类卡西米尔力在电荷 簇中被克服。这个发明没有涉及原子在卡西米尔空腔中的能量释放， 并且因此与本发明无关。
专利5,590,031, System for converting electromagnetic radiation energy to electrical energy (将电石兹辐射能转化为电能的系统)， Franklin B. Mead and Jack Nachamkin。这个发明不涉及原子在卡西 米尔空腔中的能量释放，并且因此与本发明无关。
专利6,477,028， Method and apparatus for energy extraction (能 量提取的方法和设备)，Fabrizio Pinto。提出改变影响卡西米尔力的 各种物理因素中的一个或多个，或者通过改变影响这种物理因素的各 种环境因素中的任意一个，因此呈现了卡西米尔力系统是不可逆的。 这个发明不涉及原子在卡西米尔空腔中的能量释放，并且因此与本发 明无关。
专利6,593,566， Method and apparatus for energy extraction (能 量提取的方法和设备)，Fabrizio Pinto。基于粒子表面相互作用加速 或减速粒子的方法和设备。这个发明不涉及原子在卡西米尔空腔中的 能量释放，并且因此与本发明无关。
专利6,665,167， Method for energy extraction-I (能量提取方法 -I), Fabrizio Pinto。与6，477，028类似。这个发明不涉及原子在卡西 米尔空腔中的能量释放，并且因此与本发明无关。

发明内容
本发明公开了 一种系统，其被用于将可以在宇宙中的任意位置获 得的电磁量子真空的能量的一部分转化为热、电、机械能形式或其它动力形式的可用能量。这是利用由随机电动力学理论(SED)预测的 原子的电子结构的效应实现的。在SED理论范围中，预测了原子中的 电子能级由拉莫尔辐射与从电磁量子真空吸收辐射能量之间的平衡确 定。通过在适当频率下抑制电磁量子真空能量，可以使电子能级发生 改变，而这将导致能量发射或释放。这种能量的改变类似于当电子从 激发态向低能量态跃迁时光子的标准发射，但是只是在较长的时间尺 度上，并且所述改变是持续的而不是从一个能级向另一个能级的"跳 跃"。已知在卡西米尔空腔中将会发生电磁量子真空辐射的模式抑制。 卡西米尔空腔指的是电磁模式被抑制或限制的任意区域。当原子进入 合适的微型卡西米尔空腔中时，将会出现原子中的电子的轨道运行能 量的减少，对壳层电子来说这种效应最显著。这种能量将被本申请所 要求保护的设备捕获。 一旦从这种微型卡西米尔空腔中脱离，所述原 子将会被周围的电磁量子真空再次供能。这样，能量从电磁量子真空 被局部地提取并且通过电磁量子真空被全局地补充。这个过程可以萍皮 无限次地重复。这个过程同样符合能量守恒，其中所有可用能量通过 消耗电磁量子真空的能量而获得。本发明公开了系统的两个示例变型， 这两个变型在气体穿过一系列微型卡西米尔空腔的过程中允许多次提 取电磁量子真空能量，并且这两个变型以独立运行、再循环的方式进 行。通过对分子键作用可以产生相似的效果。所公开的设备在尺寸上 是可变化的，并且其能量输出的应用范围可以从替代小的电池到替代 电站大小的发电机。由于电子量子真空弥散在整个宇宙中，因此，从 电子量子真空中以本申请所要求保护的方式获取能量的设备将会是有 效的用之不竭的能量源。


可以通过参考与以下简要描述的附图相结合的详细描述对本发明 加以理解。
图1为根据本发明的一组通道的示意图，其中每个通道包含多重 卡西米尔空腔；图2为根据本发明的用于将量子真空能量转化为局部可用能量的 系统的示意图3为根据本发明的一批管道的示意图，其中每个管道包含多个 卡西米尔空腔；
图4A-4D为根据本发明的位于结合薄片中的卡西米尔通道的示意
图5A-5C为根据本发明的用于使流体振荡穿过卡西米尔通道的设 备的示意图6A和6B为根据本发明的用于转换卡西米尔空腔的壁的反射特
性的设备的示意图7A和7B为根据本发明的卡西米尔空腔壁间隔设备的示意图； 图8为根据本发明的结合有不对称的卡西米尔空腔入口和出口的
设备的示意图。
具体实施例方式
此概念的笫一个实施例利用了由容积构成的卡西米尔空腔，其中 气流在该容积中穿过或进出，并且该容积在原子级的尺度上表现为由 导电材料构成的平行板界定的区域，其中所述板的尺寸远大于板间距； 或者所述容积表现为由导电材料构成的柱体界定的区域，其中所述柱 体的长度远大于其直径。申请人声明，其它形式的卡西米尔空腔也能 够产生类似的效果，并且术语卡西米尔空腔将用于表示能够实现零点 区域的模式抑制的任意容积。必要的条件为，卡西米尔空腔的模式抑 制能力与电子能级相匹配，匹配的方式导致所述空腔内侧和外侧的电 子能级的显著差异。
这些实施例证明了以下概念
一种方法包括(a)使用一装置，该装置包括一系列的卡西米 尔空腔并且使特定气体流过所述空腔，所述卡西米尔空腔的构造和所 述特定气体的选择使得，随着所述气体流过所述空腔，该气体释放能 量；以及(b)用于收集所述被释放的能量的至少一部分的装置。
一种方法包括(a)提供一装置，该装置包括至少一个卡西米 尔空腔并且使特定气体进入所述空腔并随后离开所述空腔，所述卡西 米尔空腔的构造和所述特定气体的选择使得，当所述气体进入所述空 腔时，该气体释放能量；和(b)用于收集所述被释放的能量的至少 一部分的装置。
一种导致电子构造发生变化的装置。 一种将宇宙中任意位置处 可获得的电磁量子真空的能量的一部分转化为热、电、机械能形式或 其它动力形式的可用能量的系统。
一种在能量释放过程中导致电子构造发生变化的装置。
.一种允许通过暴露于周围电磁量子真空辐射中而对电子构造进 行重新供能的装置。
.微结构的使用，所述微结构由多对交替的卡西米尔空腔和电磁 量子真空辐射能够自由地传播的区域构成。
在相互面对的成对的板上使用导电片，使得原子穿过使它们暴 露于完全的电磁量子真空光谱的交替区域和光谱的一部分被阻挡的区 域。结果是它们向局部介质释放(或辐射)能量差。
.使用间隔件以分离所述成对的层。
使用多个导电片以(极大地)放大所述效果。
堆叠这些在两侧上带有导电片的板，使得其中一对的顶部变成 下一对的底部，并且它们每一对都具有相同的导电片，这些导电片在 每一对中都用成对的片形成卡西米尔空腔。
由交替的导电的和不导电的具有微米级厚度的板构成的夹层的
孔。、' s,、、、、… '、、、、' 、
将这些夹层堆叠，共同配准和对齐，以形成多个平行的具有交 替的卡西米尔段和不导电段的卡西米尔管道。 .使用多个段以(极大地)放大所述效果。 .在这种系统中使用单原子气体作为介质。
在该系统中使用分子气体以用于通过伴随的能量释放更改分子键。
一种闭合循环系统，这些过程在该闭合循环系统中发生。
可制造的和可工作的构造和尺寸，但权利要求不仅限于这些特 定的实施例。
一种在闭合系统中启动和保持气流的装置。
一种将电子轨道改变释放的能量转化为热、电、机械能形式或 其他动力形式的可用能量的装置。
卡西米尔通道
图1中所示的实施例涉及两个方形平行板12和14，示出的尺寸 为10xl0cm。在每个板上安装有5000个宽度为10微米、总长度为10cm 的导电片16，所述导电片由IO微米的非导电片隔开。垂直于所述片 设置有间隔为0.1至lcm、高度为0.1微米的间隔件材料18。将所述 板面对面放置，并使所述片对齐，从而形成5000个卡西米尔片。
如果我们假设平行于所述间隔件并垂直于所述片的气体流动速度 为10 cm/s，则这将导致1.3xl0^次跃迁/秒。
每次跃迁从1至10eV的能量释放对应于整个卡西米尔空腔的21 至210瓦特的能量释放。可以制造10个或更多的这种层的层叠组以对 10x10x10 cm块区域产生210至2100瓦特的能量。
这可以利用热光电处理直接地转换成电或通过使用热交换器间接 地转换成电。如在之前的实施例中，捕获发射辐射的一种手段是以水 槽(water bath)包围所述i殳备。
上述尺寸仅仅为示例。所述设备可以被设计成更小或非常大的尺寸。
这种如图2中所示的能量生成设备的主要组成部件为
(1) 一排具有导电片IO的平行卡西米尔通道；
(2) 提供通过所述管道的持续气体循环的泵22;
(3) 用于捕获发射能量的装置24;
(4) 一种能够将输出的热转化为电或其它可用形式的动力的热光电、热交换器或其它设备26。
所述系统的理想特性是其局部辐射积聚的能量并全局吸收该能量的能力。因此，令人惊讶的是，用于捕获发射能量的装置24可以在不妨碍气体捕获量子真空能量的情况下捕获发射能量。这是由于真空场充满了所有的空间并且不能被阻挡这样 一 个事实。(注意卡西米尔空腔具有减小的真空能量模式的原因不是它们阻挡了真空场，而是因为相消干扰使它们不能允许一些电磁模式在它们内部存在。)所述装置24不会阻挡真空量子能量的捕获的第二个原因是所吸收的能量主要为不能被装置24吸收的更短波长电磁模式，而辐射能量可以是更长的波长，装置24对该更长的波长具有更大的吸收系数。例如，当装置24包括水槽时，情况就是如此。
前两个部件可以被封入密封结构中。第三和第四部件可以在这个结构的内部或外部。
上述设备的变型包括层叠板，使得一对的顶部变为下一对的底部等。
卡西米尔管道
图3中所示的所述概念的一个实施例为多个平行的直径为0.1微米的卡西米尔管道。如果我们使柱体的长度为宽度的100倍，则将使卡西米尔管道的长度为2=10微米。我们提出分段的管道包括交替的导电的和非导电的材料，每个长度为IO微米。在lcm的长度中，在片段中具有500个这样的导电和非导电材料对，从而导致原子穿过整个1 cm长的分段的卡西米尔管道的每次跃迁发生500次能量释放事件(每次产生1至10 eV)。
考虑一立方厘米的"卡西米尔块"，其构成如图3中所示的10微米厚度的交替层。假设直径为0.1微米的管道32可以垂直于层34钻透立方体(当然这实际上是不可能的；管道的制造必须与此不同)。百分之十的横截面包括大约13亿管道的入口 。被释放的能量的量将与气体穿过这些管道的流速成比例。穿过O.l cn^的整个横截面的10 cm s"流速产生的每秒流过所述管道的气体为l cm3,在STP下应为2.7xl0"个原子。 一种非常简单密封的闭环泵系统可以保持这种持续的气体流动。由于每个原子在它通过的过程中相互作用500次，因此在一立方厘米的整个立方体中每秒钟可产生1.3xl0"次跃迁。每次跃迁所释放的1至10 eV的能量对应于分段管道的整个卡西米尔立方体释放的2150至21500瓦特能量。
显然，钻通13亿个直径为O.l微米的管道是不可能的。但是，利用微型芯片技术首先在单个的层上蚀刻孔、随后再组装层叠是可行的。这将需要完成对层叠的非常精密的配准和对齐。
这可以使用热光电处理直接地转化为电或通过使用热交换器间接地转化为电。
捕获发射能量的一种手段是将设备用水槽包围。水非常有效地吸收红外辐射。对于2微米至200微米的波长范围，水的吸收系数大于lOcnT1。因此，厚度为1 mm并包围所述设备的水层将足以吸收几乎所有的被发射的红外辐射。水将被加热，并且这些热被转换为理想形式的能量。
上述尺寸仅仅是举例。所述设备可以被设计成更小的或非常大的尺寸。
这类能量生成装置的主要组成部件为
(1) 一排平行的分段卡西米尔管道32
(2) 提供气体通过所述管道持续循环的泵22(3 )用于捕获发射能量的装置24
(4) 一种能够将输出的热转化为电或其它可用形式的动力的热光电、热交换器或其它设备26。
前两个部件可以被封入密封结构中。第三和第四部件可以在这个结构的内部或外部。
结合薄片中的卡西米尔通道
本发明的基本概念是使气体流入多个卡西米尔空腔以及从多个卡西米尔空腔中流出。当所述气体位于卡西米尔空腔的外部时，很宽范围的量子力学真空电磁模式都是可用的，以对气体的原子的电子轨道状态产生影响。当气体进入卡西米尔空腔中时，可用模式的范围被限制并且气体散发出一些电磁能，使得这个能量是局部可用的。当气体一旦再次从卡西米尔空腔中流出时，所述气体的原子电子轨道状态能量从量子力学真空场中再次得到补充。因此能量可以被全局地收集并且局部地输送。
基本设备的构形包括如图4A-4D中示出的结合薄片。顶部视图如图4中所示。所述设备为l平方厘米。如从图4B中的南部边缘41所示，该设备包括两个基片42和44，所述两个基片被从南部向北部延伸跨过所述设备的一系列间隔件分隔开。这些间隔件具有高度d，宽度w,，中心距Sl。由间隔件48限定的细小缝隙延伸至设备南部边缘的开口 (如图4B所示)以及北部边缘。如从图4C的东部边缘看过去，上部基片44和下部基片42每个都覆盖有从东部边缘延伸至西部边缘的导电片46。这些片是不连续的，使得在所述片被间隔件48横断分
隔的每个区域处会出现不连续的情况。这些片具有宽度W2，中心距s2。
在设备的中心区域中，有这样一个区域，即两个基片被移除以形成从靠近东部边缘延伸至靠近西部边缘的导管43。这个导管没有一直延伸至所述边缘，而是在每个端部45被密封，如图4A所示。最后，如图4D所示，其示出了中心横截面的东侧视图，并且在图4D中，孑L 47延伸穿过上部基片。如图4A和4C所示，这个孔连接到所述管道43上。从图4A和4D中也可以看到，包围所述孔的连接器环49被固定到所述上部基片上。
为了使设备运行，如图2所示，气体管28被附接到从上部基片延伸的连接器环49上，以形成密封连接。加压气体流过所述管和上基片中的孔47，进入所述基片之间的导管43中。从所述导管43开始，气体从中心区域流过基片之间的缝隙到达北部边缘和南部边缘。所述间隔件引导气体，使得气体交替地在覆盖有导电片46的区域和未覆盖这些导电片的区域之间流动，直到其到达北部边缘和南部边缘，这时气体从基片之间的缝隙逸出。逸出的气体在环绕的外壳(未示出)中净皮
捕获，并且被泵送穿过管道28回到设备顶部中心的孔中，从而形成闭环系统。气体以这种方式流经多个卡西米尔空腔。当所述气体原子或分子在非导电区域中时从周围电磁场吸收能量，并且随后当它们进入导电覆盖层之间的缝隙时，即在卡西米尔空腔中时，释放一部分能量。
所述设备由捕获被释放能量的装置24包围，如图2中示出的水槽。水可以非常有效地吸收红外辐射。对于2微米至200微米的波长范围，水的吸收系数大于lOcnT1。因此，厚度为1 mm并包围所述设备的水层将足以吸收大部分发射的红外辐射，提供热能以加热水。该能量可以直接用作加热源，或通过本领域普通技术人员公知的装置26转换为理想形式的能量。
优选实施例中的所述材料和尺寸如下。上部基片44和下部基片42为可以透过许多周围电磁频谱的蓝宝石，其是可热传导的，并且其是刚性而且坚固的。每个基片的厚度为250微米。所述导电区域46
由本领域技术人员公知的标准光刻法形成。每个导电片的宽度W2为2
微米，并且由2微米的非导电区域隔开，以形成4微米的中心距s2。所述片具有缝隙，间隔件48形成于该缝隙处。所述导电覆盖层46为铂金，厚度为40nm。所述间隔件48由二氧化珪构成，并通过本领域技术人员公知的标准装置进行沉积和形成样式。间隔件的总高度d为200 nm，其宽度Wi为5微米，并且中心距Sl为0.5 mm。所述间隔件通过在每个基片上沉积100 nm厚的层并且随后将它们连接在一起而形成。使用标准金刚石锯在基片中切割形成所述中心导管区域43。所述切口宽度为100微米，深度为50微米，其形成大约100平方微米的导管。钻透上部基片的孔47的直径为1 mm，并且由直径为2.5 mm的环包围。所述环49通过环氧树脂固定到上部基片上。所述基片通过直接结合方式(P161， 1999 )压力结合在一起，所述结合形成于每个基片上的二氧化硅间隔件层之间。
没有明确描述的设备加工过程的步骤为本领域技术人员所公知的。按照背景技术中提出的计算，对8个大气压的输入压力来说，由单个这种设备产生的功率预计在1至10瓦特之间。
泵送气体穿过卡西米尔孔是需要动力的。我们来检验需要多少动力，以作为对所需动力不会大于由设备产生的动力的核对。考虑lcm2区域上包含直径为200 nm的孔的卡西米尔块，其具有lcm厚度和0.25的孔隙度。我们发现了在标准温度和压力(STP)下，产生每秒lcm3通量所需的压力和功率。
根据Roy等人(1993)的论文中的图10 ( a )，由穿过60微米厚度的大约5 mol/m2-s的流动产生760托(等于一个大气压)的压力降，其对应的气体流速为10cm/s。将所述速度降低到原来的十分之一，做适当的单位换算，将结果乘以lcm(l(^微米)除以60微米的厚度比，给出的结果为压力1700 Pa，对应于17大气压，即产生理想的气体流动所需的压强。将该结果乘以lcmYi的气体通量(gas flux)得到所需功率为1.7毫瓦。这些结果仅仅是近似的，因为可预料到穿过卡西米尔孔的温度和结构变化将产生阻力，而该阻力随后将需要略微大一些的压力。在任何情况下，大约1.7毫瓦的所需功率要远低于我们估计的2.2至22千瓦的功率释放，产生的功率远远多于用于产生气流的功率。
应当理解，所述尺寸和材料可以做较大的改变但是仍然为这个发明的一部分。以下为一些这样的变化的列举，但是其远没有穷举
i. 所述基片可以是其它绝缘材料或部分导电材料，如硅、玻璃、陶瓷、塑料等。
ii. 所述导电片可以由其它导体形成，如铜、铝、金、银、硅化物、透明导体如氧化铟等。
iii. 所述片通过沉积有导体的蚀刻凹槽而凹入，或通过使用平面化技术利用工业上公知的技术在所述片之间涂覆绝缘层而凹入，而不是沉积所述片使得它们从表面伸出并且潜在地干扰气流。
iv. 所述间隔件材料可以由例如用作光致抗蚀剂和电子束抗蚀剂的聚合物、金属和其它材料形成。V. 除沉积所述间隔件之外，它们可以通过在一个或两个基片上进行蚀刻以形成槽而形成。
vi. 间隔件的高度可为1 nm至几微米。
vii. 所述基片可以通过压力结合或使用诸如氰基丙烯酸酯(cyanoacrylics )粘合剂的方式连接。
viii. 整体构造的尺寸可以从单对间隔件与导体/非导体区域之间的距离到宽度为几米的大型板都进行改变。
ix. 所述单独的设备可以夹在一起以形成厚的构造。例如，代替250微米厚的基片，可以使用厚度为50微米或更小的微型板片，从而形成密实结构。
x. 除之前描述的惰性气体之外，所述工作流体还可以为各种各样的气体，使得所有提到的气体原子可以扩展到各种类型的分子。
xi. 所述工作流体可以是液体，使得所有提到的气体和气体原子可扩展到各种类型的液体。为了在高达大约IO(TC范围内操作， 一种可用的液体为乙二醇。对于高温操作，所述流体可以是钠。
xii. 通过使用微电子机械系统(MEMS)技术形成的微型马达可用于将气体泵送穿过所述通道。
xiii. 卡西米尔空腔可以由碳纳米管构成。xiv. 所述样式可以通过使用自组装层(self-assembled layers )形成。
xv. 所述设备可以结合有自然形成的构造。例如，由样式具有如下特征的二氧化硅构成的硅藻壳(Goho, 2004a )，所述特征包括尺寸为数十个纳米的孔。可以根据需要对它们涂覆导体以形成卡西米尔空腔。
xvi. 水槽可以由任意能够充分吸收所释放的能量波长的其它材料或设备替代。这种材料包括玻璃、有机聚合物、热光电设备以及本领域技术人员所知的各种可用材料。
xvii. 所述吸收材料可以设置在所述设备中，例如涂覆气体流过的所述通道，而不是围绕整个设备。这种设置可以允许吸收剂大致驻留于正在释放能量的具有放射波长的气体中。 气体振荡穿过卡西米尔通道
在前述实施例中描述的设备通过将气体原子泵送穿过多个跃迁 层，从而将它们暴露于卡西米尔空腔区域(导电层之间)和暴露区域 (没有所述导电层)之间的大量的跃迁层。气体原子可以简单地在卡西 米尔空腔和暴露区域之间来回振荡，而不是将气体泵送穿过所述设备。
一种简单的描绘此现象的方式(但是不必要是最有效的工作设备)
是考虑图4A-4D中的设备，但是要密封位于北部边缘和南部边缘处的 缝隙。所述环由薄金属膜片密封，而不是通过连接器环连接到管道。 在密封所述设备之前，其被充满理想的工作气体。随后将超声换能器 配合到所述膜片上。当所述超声换能器被供电时，其迅速地压缩和解 压所述气体，使其在卡西米尔和暴露区域之间来回振荡。
图5A-5C中示出了竖直振荡流动设备。图5A示出了俯视图，其 中在基片表面形成有许多小孔54。该设备被连接器环58环绕。图5B 中示出了所述孔的放大的横截面。所述孔54具有直径d，中心距s, 深度12，并且表面上的导电区域56的厚度为t，。图5C中示出了整个 设备的中心横截面。其示出了基片(孔和导电层未示出)、位于外围的 连接器环以及附接到所述连接器环顶部的薄膜片57。
所述缝隙和孔被充满所选定的工作气体59。超声换能器或其它高 频振源被放置成与所述薄膜57接触并被通电。这将产生在上、下方向 上交替的气压振荡，所述气压振荡迫使气体原子穿过形成于每个孔的 顶部处的卡西米尔区域55。可以在所述孔的顶部处形成多个交替的导 电层和非导电层，而不是在顶部处形成单个导电层，以加倍该效果。 如图4A-4D中的实施例所示，所述设备由吸收被释放能量的装置诸如 水槽24围绕。
所述设备以如下方式制造。通过使用诸如溅射的真空沉积来沉积 所述导电层56，或者通过阳极沉积或无电镀沉积从液体中沉积所述导 电层56。所述层通过本领域技术人员公知的方式来形成样式，例如电子束平板光刻或影印光刻。或者，如本领域技术人员所公知的，所述
孔54可通过使用自组装单层形成，以生成光刻掩模。所述孔可以通过 离子蚀刻(ion milling)被蚀刻成具有大的纵横比，例如深度-直径比 为20。所述外部环58使用环氧树脂附接，所述区域被充满理想的工 作气体59，并且膜片57与环氧树脂附接。
优选实施例中的材料和尺寸如下。所述基片52为蓝宝石，其直径 为2.54cm，厚度为250微米。所述导电层56为铝，厚度^为1微米。 孔54的深度t2为4微米。所述孔的直径d为0.2微米并且中心距s为 0.3微米。
应当理解，所述形状、尺寸、调制技术以及原材料可较大地改变， 但仍为本发明的一部分。以下为一些这种变化的列举，但远不是穷举
i. 所述卡西米尔空腔可以由碳纳米管构成。
ii. 除之前描述的惰性气体外，所述工作流体还可以为各种各样 的气体，使得所有提到的气体原子可以扩展到各种类型的分子。
iii. 所述工作流体可以是液体，使得所有提到的气体和气体原子 可扩展到各种类型的液体。为了在高达大约IO(TC范围内操作， 一种 可用的液体为乙二醇。对于高温操作，所述流体可以是钠。
iv. 所述振荡可以由周围环境的热振动(例如布朗运动)产生， 而不是主动地使气体原子振荡进、出所述卡西米尔空腔区域。
v. 所述i殳备的构形可以与图7A和7B中示出的MEMS设备的 构形相似(作为后面实施例的一部分说明)，使得工作气体在左侧区域 和右侧区域之间4皮来回推动。
vi. 所述样式可以使用自组装层形成。
vii. 所述设备可以结合有自然形成的构造。例如，由样式具有如 下特征的二氧化硅构成的硅藻壳，所述特征包括尺寸为数十个纳米的 孔。可以根据需要对它们涂覆导体以形成卡西米尔空腔。
viii. 所述泵可以通过自然发生的机理驱动。例如，已经发现一些 酵母细胞可以在1.6kHz ( Goho, 2004b)下自然振动。可以利用这一 现象使气体在卡西米尔空腔和暴露区域之间来回振荡。ix. 所述水槽可以由能够充分吸收被释放的能量波长的任意其 它材料或设备替代。这种材料包括玻璃、有机聚合物、热光电设备以 及本领域技术人员所知的各种可用材料。
X. 所述吸收材料可以设置在所述设备中，例如涂覆气体流过的
所述通道，而不是围绕整个设备。这种设置可以允许吸收剂大致驻留 于正在释放能量的具有放射波长的气体中。
柔性聚合体中的卡西米尔空腔
不采用通过使工作气体流动来使其移动(图4A-4D)或使其振动 进、出所述卡西米尔空腔(图5A-5C)这两种方式，而是可以改变所 述空腔的壁的特性，这将导致空腔所允许的模式的转换。这将产生与 图4A-4D的实施例的流动气体设备产生的导出(tapping )真空电磁能 量相同的结果。完成这个的一种方式是使工作气体进入在柔性光子晶 体(flexible photonic crystals)中形成的缝隙。光子晶体阻挡并经过 电磁辐射带，其中所述带的波长范围取决于材料特性和小的重复构造 的间距。柔性光子晶体可以通过在柔性聚合体薄膜中植入阵列或刚性 物体(如硅柱)而形成。这种二维平板光子晶体构造的电磁(或光学) 特性是本领域技术人员所公知的(Park， 2002 )。
图6A和6B示出了这种光子晶体设备。图6A为俯视图，其示出 了在聚合物薄膜64两端的金属支撑件62。形成光子晶体的所述刚性 立柱被埋于聚合物中。当所述薄膜在纸面所在的平面内被拉伸时，所 述立柱在垂直于纸面的平面中的间距减小，这改变了电磁通频带。图 6B为侧视图，其示出了支撑件62、聚合物薄膜64以及薄膜中充满工 作气体69的缝隙。(为清楚起见，未示出所述立柱。)所述缝隙的尺寸 足够狭窄，例如200 nm，以产生显著的卡西米尔效应。长度或宽度需 要足够小以保持所述狭窄的缝隙，例如1微米。拉伸是通过将一个支 撑件附接到固定物体而将另一个支撑件附接到诸如压电晶体的振动器 而产生的，所述振动器自身在其相对侧附接到另 一个固定支撑件上。 如图4A-5D中的实施例，所述设备由用于吸收释放能量的装置诸如水应当理解，所述形状、尺寸、调制技术以及材料可以进行较大的 改变，但仍是本发明的一部分。以下为一些这种改变的列举，但是其 远不能穷举
(1) 可以由穿过空气或穿过包围聚合物的液体的声信号对聚合物 进行调制，而不是拉伸所述聚合物。
(2) 可以由周围的热振动对聚合物进行调制，而不是拉伸所述聚 合物。随着所述工作气体和所述构造加热，振动也会增大。
(3) 嵌有刚性立柱的聚合物可以形成为充满工作气体的小球。通 过封闭容积并且在整个所述容积中调制压力、或通过使声信号穿过所 述容积或通过热振动的方式，可以使这些球充满或部分充满所述压力 在其中被调制的容积。这种调制使围绕所述工作气体的光子晶体的通 频带改变。尽管所述设备的形状基本上与图6A-6B中所示的不同，但 是功能是一样的。
(4) 除前面描述的惰性气体外，所述工作流体可以为各种气体， 使得所有提到的气体原子可以扩展到各种类型的分子。
(5) 所述工作流体可以是液体，使得所有提到的气体和气体原子 可扩展到各种类型的液体。为了在高达大约100'C范围内操作， 一种 可用的液体为乙二醇。对于高温操作，所述流体可以是钠。
(6 )所述水槽可以由能够充分吸收被释放的能量波长的任意其它 材料或设备替代。这种材料包括玻璃、有机聚合物、热光电设备以及 本领域技术人员所知的各种可用材料。
(7)所述吸收材料可以设置 在所述设备中，例如涂覆气体流过的 所述通道，而不是围绕整个设备。这种设置可以允许吸收剂大致驻留 于正在释放能量的具有放射波长的气体中。
调制卡西米尔空腔壁间距
可以调制所述空腔的壁的间距，而不是通过使工作气体流动来使 其移动(图4A-4D)、使其振动进、出所述卡西米尔空腔(图5A-5C)、或是转换所述空腔的壁的特性以改变通频带(图6A和6B)这三种方 式。这将产生与前述实施例的流动气体设备产生的导出零点能量相同 的结果。完成这一调整的一种方式是使工作气体进入在微电子机械系 统(MEMS)中形成的缝隙。
MEMS技术利用半导体平板光刻技术建立微小机械设备。已经在 MEMS设备中明显发现所述卡西米尔效应。在2001年，Bell Labs Lucent Technologies的Chan与同事们首先论证了 MEMS设备中的卡 西米尔力的效应。将镀金的球体靠近MEMS杠杆桨(seesaw paddle )， 所述杠杆桨由悬挂于细扭杆上的基片上方的多晶硅板构成。Bell Labs 的研究者们论证了在摇动所述板时的卡西米尔力的效应。
在本发明中，我们利用MEMS技术来调整卡西米尔空间的壁之 间的间距。(注意，我们没有利用卡西米尔力来改变这个间距，因为这 种方法已经在Bell Labs的论证中完成。)图7A和7B示出了用于完成 这个操作所使用的基本的MEMS设备。侧视图如图7A所示。示出的 两个导电电极位于基片72上。示出的枢转多晶硅板74被悬挂在基片 72的上方。导电层77形成于这个板的下面。俯视图如图7B所示。枢 转板74形成中心矩形区域，缝隙73包围所述区域。枢转臂75在所述 矩形的顶部和底部将这个板连接到周围区域。如在之前的实施例中， 所述设备被用于吸收释放能量的装置24诸如水槽包围。
所述设备的功能如下工作气体充满枢转板74与基片72之间的 区域。首先在所述枢转板与左侧电极之间施加电压。这将导致所述板 的左侧与基片之间的距离减小，因此改变了由这两个表面形成的卡西 米尔空腔的尺寸。随后改为在所述枢转板与右侧电极之间施加电压。 这引起所述板枢转，使得所述板右侧与基片之间的距离减小，从而改 变了由这两个表面形成的卡西米尔空腔的尺寸。所述电压交替地在这 两个电极之间转换，引起所述板来回振荡。所述振荡动作由枢转件的 扭转而被较大地增强，使得需要非常少的能量来保持这个振荡。
用于制造这种MEMS设备的技术是本领域技术人员公知的。
应当理解，所述形状、尺寸、调制技术和材料可以较大地改变，但是仍是本发明的一部分。以下为这种改变的列举，但是其远不是穷
举
i. 所述卡西米尔空腔可形成于基片与悬挂的导电栅之间，而不是 使用MEMS设备。虽然具有更大的间距，但相似的技术已经被用于 形成静电声学扬声器。
ii. 缝隙可以形成于聚合物中，所述缝隙的两侧都涂覆有导体， 并且所述缝隙充满工作气体。随后所述聚合物可以被拉伸，如图6A 和6B的实施例中所示，使得可以调整由两个导体形成的卡西米尔空 腔的间距。这种操作的图与图6B中所示出的非常相象。
iii. 可以由穿过空气或穿过围绕所述聚合物的液体的声信号对聚 合物进行调制，而不是拉伸所述聚合物。
iv. 可以由周围环境的热振动对聚合物进行调制，而不是拉伸所 述聚合物。随着工作气体和构造加热，所述振动将加剧。
v. 内表面涂覆有导体的聚合物可以形成为充满工作气体的小 球。通过封闭容积并且在整个所述容积中调制压力、或通过使声信号 穿过所述容积或通过热振动的方式，可以使这些球充满所述压力在其 中被调制的容积。这种调制将导致容纳所述工作气体的卡西米尔空腔 的间距改变。尽管所述设备的形状基本上与图7A和7B不同，但是功 能相同。
vi. 除之前描述的惰性气体之外，所述工作流体可以为各种各样 的气体，使得所有提到的气体原子可以扩展到各种类型的分子。
vii. 所述工作流体可以是液体，使得所有提到的气体和气体原子 可扩展到各种类型的液体。为了在高达大约IO(TC范围内操作， 一种 可用的液体为乙二醇。对于高温操作，所述流体可以是钠。
viii. 水槽可以由任意能够充分吸收所释放的能量波长的其它材料 或设备替代。这种材料包括玻璃、有机聚合物、热光电设备以及本领 域技术人员所知的各种可用材料。
ix. 所述吸收材料可以设置在所述设备中，例如涂覆气体流过的 所述通道，而不是围绕整个设备。这种设置可以允许吸收剂大致驻留于正在释放能量的具有放射波长的气体中。
我们注意到，图7A和7B的MEMS i殳备同样可以;故用于4吏所述 工作气体在左侧区域和右侧区域之间来回移动。这个功能与图5A-5C 中的工作气体振动进、出卡西米尔空腔的实施例一致。
包含吸收装置的不对称卡西米尔空腔的入口和出口
作为对这个实施例的开头，我们回顾本发明涉及的过程。这个整 体发明的总体概念为，使与包括真空场(也被称为零点场)的外界电 磁模式相平衡的气体进入卡西米尔空腔。为了这个整体发明，卡西米 尔空腔被定义为电磁模式受限的任意区域。 一旦进入这个区域，空间 支持的电磁模式将受到限制，并且气体原子的电子轨道能量减小。作 为这种减小的后果，过剩的能量被发射出去并且由所述设备吸收，从 而提供热能。那时，所述原子位于卡西米尔空腔中，几乎所有的过剩 能量已经被辐射出去(除非气体流动的非常快)。所述气体原子经过卡 西米尔空腔，并且一旦从这个区域脱离进入支持更宽范围的电磁模式 的区域中，那么气体原子的电子轨道能量再次被允许上升到其之前的 值。从周围的电磁模式中提供对能量不足的补偿。
本发明的宗旨之一是，当气体进入所述卡西米尔空腔时释放的过 剩能量被局部地输送，并且当气体从所述空腔脱离时必须补偿的能量 不足由全局能源提供。以这种方式，周围的电磁场被导出(tapped), 以提供可用能源。可能有这样一种情况，即过剩能量的释放与不足能 量的供给都是局部的，在这种情况下不会提供净能量。相似地，可能 有这样一种情况，即过剩能量的释放与不足能量的供给都是全局的， 在这种情况下也不会提供净能量。为了避免出现这些可能性，我们在 所述设备中提供了不对称结构，以保证过剩能量被局部地释放、而能 量不足被全局地供给。
图8中示出了实施例的概念。这个附图示出了通道88，其与之前 的一些实施例中所示的通道相似。气体被限制在两个基片82与83之 间，并且沿箭头所示的方向流过所述通道。如在之前的情况下，气体从基片未涂覆导电层的区域87向区域86流动。这里的区别是提供了 中间区域84，在所述中间区域内，所述基片涂覆有吸收层。这个吸收 区域吸收当原子进入卡西米尔空腔(导电)区域时从原子辐射的过剩 的能量。所述吸收区域基本上是不导电的，因此基本上不限制在所述 区域中支持的电磁模式。 一旦离开所述卡西米尔空腔(导电)区域， 原子立即进入另一个不具有吸收区域87的区域中。因此， 一旦进入所 述卡西米尔空腔，由于原子的过剩能量被吸收区域87吸收，所以迫使 所述原子局部地输送它们过剩的能量。 一旦气体原子从卡西米尔空腔 中脱离，将迫使气体原子非局部地，即全局地供给它们的能量不足， 这是因为不存在该能量的局部能量源。
作为一种选择，本发明的另一个方面是当所述气体原子发射时， 使所述吸收层区域大致处于气体原子的一个发射波长的距离内。当气 体原子从卡西米尔空腔中脱离并被供给能量时，在这样的距离内不提 供这种层。所述基片选择成使其不吸收发射波长。
所述吸收层可以包括玻璃(无定形二氧化硅，通常具有杂质)，并 且所述基片可以包括蓝宝石。对于远红外线，玻璃具有比蓝宝石更宽 的吸收频带。更宽范围的其它材料也可被用于形成所述吸收层和非吸 收或少吸收基片。这种材料是本领域技术人员所公知的，并且可以从 表格和手册中获得。
可以重复图8中所示的区域次序，以形成图4A-4D的实施例中的 那种多片构造。
所述通道和设备的尺寸与图4A-4D的实施例中的尺寸近似相同。 同样，提供给气流的附接、间隔件以及设备的其它方面与图4A-4D中 描述的那些相似。导电层的长度选择成使得脱离的原子基本上不利用 从吸收区域发射的辐射。注意，与图2的实施例不同，无需以用于吸 收释放能量的装置24诸如水槽包围所述设备。
由于所述设备的制造是本领域所公知的，因此不再明确地描述。 应当理解，所述尺寸和材料可以被较大地改变，但是仍是本发明 的一部分。以下为这种改变的列举，但其远不是穷举i. 所述基片可以是其它绝缘或部分导电材料，如硅、玻璃、陶瓷、 塑料等。
ii. 所述导电片可以由其它导体形成，如铜、铝、金、银、硅化 物、透明导体如氧化铟等。
iii. 所述片可以凹入所述基片中，或者所述片从表面突出。
iv. 所述单独的设备可以夹在一起以形成厚的构造。例如，代替 250微米厚的基片，可以使用厚度为50微米或更小的微型板片，从而 形成密实结构。
v. 除之前描述的惰性气体之外，所述工作流体可以为各种各样 的气体，使得所有提到的气体原子可以扩展到各种类型的分子。
vi. 所述工作流体可以是液体，使得所有提到的气体和气体原子 可扩展到各种类型的液体。为了在高达大约100。C范围内操作， 一种 可用的液体为乙二醇。对于高温操作，所述流体可以是钠。
vii. 利用微电子机械系统(MEMS)技术形成的微型电机可用于 将气体泵送穿过所述通道。
viii. 所述卡西米尔空腔可以由碳纳米管构成。
ix. 所述样式可以通过使用自组装层形成。
所述设备可以结合有自然形成的构造。例如，由样式具有如下特 征的二氧化硅构成的硅藻壳，所述特征包括尺寸为数十个纳米的孔。 为了范围的需要，可以根据需要对它们涂覆导体以形成卡西米尔空腔。
尽管为了描述本发明给出了特定的代表性实施例和细节，然而本 领域技术人员可以显而易见地在不脱离本发明范围的情况下对在这里 所公开的方法和设备做出各种改变，其中本发明的范围由所附权利要 求界定。
权利要求
1、一种从周围环境提取和收集电磁辐射的系统，包括(a)流体供给源，其特征在于具有以下能力(i)从周围环境中吸收电磁辐射，以及(ii)使所述流体在流入卡西米尔空腔中时释放至少一部分所述能量；(b)第一结构，其构造成收集所述流体释放的至少一部分电磁辐射；(c)第二结构，其包括界定一指定路径的装置，用于沿所述路径容纳所述流体；(d)第三结构，其包括卡西米尔空腔，所述卡西米尔空腔被定位在所述指定路径中并且与所述第二结构配合，从而当沿所述指定路径容纳所述流体时使所述流体流入和流出所述卡西米尔空腔，所述卡西米尔空腔被定位成与周围环境和所述第一结构充分连通，从而(i)当包含有从周围环境吸收的电磁能量的流体流入所述卡西米尔空腔时，使所述流体向所述第一结构释放至少一部分所述能量，以及(ii)当所述流体从所述卡西米尔空腔中流出时，使所述流体再次从周围环境中吸收电磁能量。
2、 根据权利要求1所述的系统，其中所述第二结构构造成使得所 述流体沿所述路径流入和流出所述卡西米尔空腔。
3、 根据权利要求1所述的系统，其中所述第二结构和所述第三结 构构造成使得所述卡西米尔空腔相对于所述流体运动，以便同样也使 所述流体流入和流出所述卡西米尔空腔。
4、 根据权利要求1所述的系统，其中所述界定所述指定路径的装 置界定了用于容纳所述流体的闭合通路，所述第二结构构造成使得相 同的流体循环流入和流出所述卡西米尔空腔。
5、 根据权利要求4所述的系统，其中所述通路界定了 一环形路径， 所述第二结构包括构造成使所述流体围绕所述路径流过所述通路而流 入和流出所述卡西米尔空腔的机构。
6、 根据权利要求4所述的系统，其中所述第二结构包括用于使所 述流体来回流过所述通路而流入和流出所述卡西米尔空腔的机构。
7、 根据权利要求1所述的系统，其中所述流体为气体。
8、 根据权利要求7所述的系统，其中所述气体为单原子气体。
9、 根据权利要求7所述的系统，其中所述气体为分子气体。
10、 根据权利要求1所述的系统，其中所述第一结构包括由用于 吸收电磁能量的材料构成的容器，所述吸收材料包围至少所述卡西米 尔空腔。
11、 根据权利要求6所述的系统，其中所述吸收材料为液体。
12、 根据权利要求11所述的系统，其中所述液体材料为水。
13、 根据权利要求3所述的系统，其中所述第三结构构造成使所 述卡西米尔空腔在第一和第二间隔开的位置之间来回运动。
14、 根据权利要求1所述的系统，其中所述卡西米尔空腔包括相 对的壁，所述第三结构构造成使所述卡西米尔空腔的壁的位置在第一 和第二间隔开的位置之间来回运动。
15、 一种从周围电磁量子真空中提取和收集电磁能量的系统，包括(a) 界定了至少一个卡西米尔空腔的第一结构，所述卡西米尔空 腔构造成当带有从周围电磁量子真空中获得的电磁能量的气体流入所 述卡西米尔空腔时使所述气体释放至少一部分所述能量；(b) 位于周围电磁量子真空中的笫二结构，所述第二结构包括所 述气体的源以及与所述第一结构配合的机构，以使所述气体从所述周 围电磁量子真空流入所述卡西米尔空腔，随后从所述卡西米尔空腔中 流出并流回到所述周围电磁量子真空中，从而所述气体在流入所述卡 西米尔空腔时释放至少一部分能量，随后在流回到所述周围电磁量子 真空中时再次从周围电磁量子真空中吸收电磁能量，所述机构和所述 第一结构彼此相互配合，使得所述气体通过所述卡西米尔空腔和所述 气体之间的相对运动而流入和流出所述卡西米尔空腔；(c )用于捕获由所述流体释放的至少一部分电磁能量的笫三结构，所述第三结构包括相对于所述卡西米尔空腔定位以使得由所述气体释 放的至少一部分电磁能量被所述吸收器捕获的装置。
16、 一种系统，包括(a) 包括多个卡西米尔空腔的第一结构，每个卡西米尔空腔都构 造成当带有从周围环境中获得的电磁能量的流体流入所述卡西米尔空 腔时使所述流体释放至少一部分所述电磁能量；(b) 位于周围环境中的第二结构，所述第二结构包括所述流体的 源和与所述第一结构配合的装置，以使所述流体从所述周围环境流入 各个所述卡西米尔空腔，随后从所述卡西米尔空腔中流出并流回到所 述周围环境中，从而所述流体在流入所述卡西米尔空腔时释放至少一 部分能量，随后在流回到所述周围环境时再次从周围环境中吸收电磁 能量，所述装置和所述第一结构彼此相互配合，使得所述流体通过所 述卡西米尔空腔和所述流体之间的相对运动而流入和流出所述卡西米 尔空腔；(c) 用于捕获由所述流体释放的至少一部分电磁能量的第三结构。
17、 根据权利要求16所述的系统，其中所述装置包括从所述周围 环境延伸进入和穿过所述卡西米尔空腔并返回所述周围环境中的至少 一个流体通路，所述卡西米尔空腔由位于所述通路中的 一 系列导电片 界定，所述一系列导电片包括位于所述通路一侧的第一组间隔开的导 电片和位于所述通路的相对侧与所述第一组的相应导电片对齐的第二 组间隔开的导电片，所述对齐的成对的导电片中的每一对相对彼此定 位以形成卡西米尔空腔。
18、 一种方法，包括(a) 提供界定了至少一个卡西米尔空腔的第一结构，所述卡西米 尔空腔构造成当带有从周围环境中获得的电磁能量的流体流入所述卡 西米尔空腔时使所述流体释放至少一部分所述能量；(b) 提供所述流体的源；(c) 使所述流体从所述周围环境流入所述卡西米尔空腔，随后从 所述卡西米尔空腔中流出并返回到所述周围环境中，从而所述流体在流入所述卡西米尔空腔时释放至少一部分能量，随后在流回到周围环 境中时再次从周围环境中吸收电磁能量，通过所述卡西米尔空腔和流体之间的相对运动使所述流体流入和流出所述卡西米尔空腔；以及 (d)捕获由所述流体释放的至少一部分电磁能量。
19、 一种从周围环境中提取和收集电磁辐射的方法，包括(a) 提供流体供给源，其特征在于具有以下能力(i)从周围环 境中吸收电磁辐射，以及(ii)使所述流体在流入卡西米尔空腔中时 释放至少一部分所述能量；(b) 提供第一结构，所述第一结构构造成收集由所述流体释放的 至少一部分电磁辐射；(c) 提供第二结构，所述第二结构包括界定一指定路径的装置， 用于沿所述路径容纳所述流体；(d) 提供第三结构，所述第三结构包括定位在所述指定路径中的 卡西米尔空腔；(e) 当沿所述指定路径容纳所述流体时，使所述流体流入和流出 所述卡西米尔空腔；以及(f) 将所述卡西米尔空腔定位成与周围环境和所述第 一结构充分 连通，从而(i)当包含有从周围环境吸收的电磁能量的流体流入所述 卡西米尔空腔时，使所述流体向所述第一结构释放至少一部分所述能 量，以及(ii)当所述流体从所述卡西米尔空腔中流出时，使所述流 体再次从周围环境中吸收电磁能量。
20、 一种系统，包括(a) 限定了至少一个机构的第一结构，其中所述机构设计成当带 有从周围环境中获取的电磁能量的指定流体流入所述机构时，使组成 所述指定流体的原子和分子以释放至少一部分所述能量的方式改变其 组态；(b) 位于周围环境中的第二结构，所述第二结构包括所述流体的 源和与所述第一结构配合的装置，以使所述流体从所述周围环境流入 所述才几构，随后从所述机构中流出并流回到所述周围环境中，从而所述流体在流入所述机构时释放至少 一部分能量，随后在流回到所述周 围环境中时再次从周围环境中吸收电磁能量，所述装置和所述第 一结 构彼此配合，使得所述流体通过所述机构和所述流体之间的相对运动而流入和流出所述才几构；以及(c)用于捕获由所述流体释放的至少一部分电磁能量的第三结构。
全文摘要
本发明公开了一种系统，用于将可以在宇宙中的任意位置获得的电磁量子真空的能量转化为热、电、机械能形式或其他动力形式的可用能量。在卡西米尔空腔中发生电磁量子真空辐射的模式抑制，已知导致能量的发射。当原子进入合适的微型卡西米尔空腔中时，原子中的电子的轨道运行能量的减少。这种能量被本发明的设备捕获。
文档编号H02M1/00GK101536296SQ200680056350
公开日2009年9月16日 申请日期2006年9月22日 优先权日2006年9月22日
发明者B·海施, G·摩德尔 申请人:约维昂公司