你所在或了解的领域有哪些技术上不是很复杂,但创意非常好,很有原创性的研究?

最好能详细阐述研究的背景,作者idea是如何产生的,以及研究成果等等,
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我来讲一个简单、吊炸天的:不耗能的空调。在美国,15%的电能用在空调上;在中国,做空调的比做手机的还高大上就更不用说。。。

更吊炸天的是,之所以不用电不耗能,是因为利用了宇宙空间3K的低温。(看到3K有没有想起宇宙微波背景辐射?)

先上图:

有些人可能已经想到这是什么意思了,对,就是这么简单。

这项工作最近发表于Nature:

nature.com/nature/journ

被《经济学人》报道(题为a cool idea, 双关):

Electricity-free air conditioning: A cool idea

被CNN头版报道:

Breakthrough material radiates heat into space

以下,我先讲一下具体的原理,然后介绍一下发现和发明的过程。

众所周知。。。传热有3种方式:传导、对流、辐射。目前的空调用的是前两种,要么费电,要么拿冰块把屋子裹住,总之都是用active的方式来给屋子制冷。如果不想耗能,用passive的方式制冷,那么由于热力学第二定律,你得有一个低温热源,然后热量就会自动从高温热源流走。

这里,高温热源是你要制冷的屋子,那周围有啥低温热源呢?由于制冷是要相对周围环境进行的,换句话说,夏天的时候你希望家里的温度比外面低,显然这时候就没有低温热源可用。

是这样的吗?脑洞大开这时开始起作用了。众所周知。。。大气层在8-13微米电磁波段有一个透明的窗口,红外线可以跑出地球,换句话说,如果我们的眼睛能看到这个波段的红外线,我们可以直接在地表看到深邃的无穷的宇宙空间。。。

宇宙空间,就是我们可以使用的低温热源。

热辐射这时就可以起作用了。学过电磁学的同学知道,辐射,根据定义,就是电磁波的远场,以光速可以传得很远。太阳光是热辐射,也就是上图中黄色的光束。红外线也是热辐射,上图中的红色光束。

这项工作就是做了这么一块新颖的光学材料,反射太阳光,辐射红外线,然后温度就降下来了。他们把这块材料放到加州斯坦福电子系楼顶暴晒,目前初步效果是比气温低5摄氏度(要知道随便把什么东西拿上楼顶暴晒,其温度一般都比气温高很多)。

有人会问,楼顶的空间本来就是稀缺资源,要拿来晒被子、铺光伏电池什么的。晒被子的问题的确无法解决,但是这项技术可以和光伏电池结合到一起,用来提高效率和延长寿命。

这项工作发表于有志于成为光学领域老大的新期刊:

Optics InfoBase: Optica

也被中英文媒体广泛报道:

Solar cells cool themselves to produce more power
【论文故事】新型太阳能电池表层,更凉爽、更持久、更有效

这些工作后面当然有很多故事,虽然可以说是灵光一现,但是更重要的是多年深厚的积累,厚积薄发当之无愧(众所周知。。。我们导师是华人科学家中最聪明最低调的,所有和他接触过的人都很佩服他)。具体的传说是这样的,某学长有一天读文献,发现有人在晚上用热辐射做制冷,可是美国晚上很冷啊,为啥不在白天制冷呢,因为他们做不到,因为阳光制热的效果远大于红外线制冷的效果。可是,我们组就是玩逆天的光学材料的,控制这些电磁波是老本行,于是就有了这一系列开创性的工作。。。

利益相关:作者们是我的导师和同学。

浸没式光刻,利用了光波在液体中波长更短这一无比简单的原理,将摩尔定律延长了10年,人人都受益。

光刻是芯片制造的核心步骤,2000年左右半导体业正在研究65纳米节点,业界主流都在使用193纳米波长的光源,这已经是传统光学的极限。为了制造出更小的半导体器件,就要使用156纳米的光源,就只能用十万美元一克的氟化钙镜头,折算下来镜头费用是芯片价值的一千倍。intel当年为此投入十亿美金却毫无结果,半导体业的未来一片昏暗。

这时美国林肯国家实验室想到了一招,把芯片浸在水里光刻!水的折射率是1.33,光波长在水中是145纳米,挑战迎刃而解。而这一办法与已有的工艺很容易兼容,改造成本也很低,业界立刻全盘接受。

直到十几年后的今天14纳米节点,浸没式光刻仍然是主流方法,工程师们用上了折射率更高的液体,业界普遍认为10纳米工艺浸没式光刻还有生机。