能量转换效率大幅提升：热力学第一定律的新突破

能量转换效率大幅提升：热力学第一定律的新突破

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人民网

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来源

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http://kpzg.people.com.cn/BIG5/n1/2024/0717/c404214-40279533.html

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http://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2024-09/23/content_26083437.htm

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https://www.stdaily.com/web/gdxw/2024-10/18/content_244854.html

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http://www.hfnl.ustc.edu.cn/detail?id=22298

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https://swarma.org/?p=54335

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http://m.nanoer.net/main/view?id=65436

近日，全球多个科研团队在能量转换效率提升方面取得重大突破，为人类社会的可持续发展带来了新的希望。这些突破不仅展示了科技创新的力量，也进一步验证了热力学第一定律在现代科技中的重要应用。

热力学第一定律是能量守恒原理在热现象中的具体表现，其核心内容为：一个系统的内能变化（ΔU）等于外界对系统所做的功（W）与系统吸收的热量（Q）之和。用公式表示即：

这一原理不仅是物理学的核心，更在工程、能源、环境等领域发挥着重要作用，为人类社会的科技进步提供了坚实的理论基础。

在全球绿色转型加速的背景下，太阳能作为最具有发展潜力的可再生能源之一，其转换效率的提升成为科研人员的重要研究方向。

德国维尔茨堡大学的一个科研团队研发出一种新型光收集系统URPB，该系统通过精确堆叠配置四种不同“染料”——紫外光色、红色、紫色和蓝色，能够更高效地捕获紫外线、可见光和近红外波长的光。在实验室测试中，URPB系统实现了38%的入射光能转化为有用能量的能量转换效率，而单个“染料”最大转换效率仅为3%。

在中国，科学技术大学徐集贤教授团队在钙钛矿电池领域取得重大突破，成功研发出稳态效率高达26.7%的钙钛矿电池，刷新了全球钙钛矿电池稳态效率的世界纪录。

更令人振奋的是，美国理海大学研究人员开发出一种新型量子材料——铜掺杂锗硒/硫化锡异质结构复合材料，这种材料的外量子效率达到了前所未有的190%，可以将63%的阳光能量转换为电能，远远超过了33.7%的肖克利—奎伊瑟效率理论极限。

在量子科技领域，中国科学技术大学采用单光子干涉技术，实现了远距离量子存储节点间的量子纠缠，并以此为基础构建了国际首个基于量子纠缠的城市范围的三节点量子网络。这一突破使得现实量子纠缠网络的距离从之前的几十米提升至几十公里级别。

量子纠缠是量子力学中的一种奇特现象，它描述了两个或多个粒子关联在一起的一种量子叠加态。这种关联的形成往往受到守恒定律限制，如动量守恒或能量守恒等。当对其中一个粒子进行测量，确定了其状态后，另一个粒子的状态立即确定，这种超越了经典物理学的跨时空关联，被爱因斯坦称为“spooky action at a distance”，即“幽灵般的超距作用”。

这些突破性进展展示了人类在能量转换和利用方面的巨大潜力。随着太阳能转换效率的不断提升，我们有望实现更清洁、更高效的能源供应，推动全球能源结构的转型。而量子纠缠网络的突破则为未来量子通信和量子计算的发展奠定了重要基础，可能带来信息科技的革命性变革。

这些科研成果不仅体现了热力学第一定律在现代科技中的重要应用，更为人类社会的可持续发展注入了新的动力。随着科技的不断进步，我们有理由相信，人类将能够更好地利用自然界的能量，实现更加绿色、低碳的未来发展。