近日，電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳煥陽(yáng)教授課題組聯(lián)合浙江大學(xué)王振宇課題組在水波能量收集研究方面取得重要突破，相關(guān)成果以“Concentrators for Water Waves”為題在線發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》雜志(PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121,104501)。物理評(píng)論快報(bào)作為世界一流的物理期刊，自1958年出刊以來(lái)刊登過(guò)眾多諾貝爾獎(jiǎng)獲得者和杰出科學(xué)家的開(kāi)創(chuàng)性研究成果，所刊論文涵蓋基礎(chǔ)、應(yīng)用和跨學(xué)科物理研究的所有主題，極具影響力和創(chuàng)新性，現(xiàn)已涵蓋130多個(gè)國(guó)家的重要研究?jī)?nèi)容，2017年度影響因子為8.839。

自然界中存在儲(chǔ)量巨大的水波能量資源，廈門(mén)等沿海城市擁有天然的海浪水波儲(chǔ)能，收集和利用海浪能量卻存在效率低下等諸多問(wèn)題。比如海浪發(fā)電中大面積鋪設(shè)能量轉(zhuǎn)換裝置是不現(xiàn)實(shí)的，如何高效便利地收集和利用水波能量一直是阻礙水波研究進(jìn)一步發(fā)展的重要課題。最近，我校陳煥陽(yáng)教授課題組聯(lián)合浙江大學(xué)王振宇教授課題組，利用變換光學(xué)(Transformation optics)中能量收集器的設(shè)計(jì)思路，發(fā)明了一種新型結(jié)構(gòu)來(lái)收集水波的能量，這種結(jié)構(gòu)可以很好地將大面積水波的能量集中到一個(gè)很小的區(qū)域，更高效地收集能量。這種新方案的提出為水波研究提供了新思路和新方法，而這種新結(jié)構(gòu)在海洋工程建設(shè)方面發(fā)揮的作用也將備受期待。

該論文在原有光學(xué)集中器和水波研究基礎(chǔ)上，利用變換光(Transformation optics)和法布里-珀羅諧振原理(Fabry-Pérot resonances)，設(shè)計(jì)了一種薄板徑向堆砌而成的圓柱形水波能量集中器，水波只要滿足法布里-珀羅“光學(xué)”上的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，薄板構(gòu)成的諧振腔就可保證能量全部進(jìn)入到中心區(qū)域，能量聚集到一個(gè)只占到原來(lái)面積1/3的中心區(qū)域，裝置中心收集的水波峰值可以達(dá)到原來(lái)水波峰值的3.4倍，并且?guī)缀鯖](méi)有水波的反彈損耗，這意味著這種設(shè)計(jì)在根本上保證水波的能量無(wú)損收集。該方法實(shí)現(xiàn)的水波集中器易于設(shè)計(jì)，水波集中效率高，幾乎沒(méi)有反射損耗。

陳煥陽(yáng)教授及其合作者希望盡快開(kāi)始將這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果擴(kuò)展到海浪能量利用中去。他說(shuō)：“這項(xiàng)研究是海濱工程應(yīng)用的重要一步，我們希望不久的將來(lái)它會(huì)在廈門(mén)實(shí)現(xiàn)更大的應(yīng)用”。

該成果入選雜志編輯推薦，被APS的Physics以“More Energy from Ocean Waves”為題聚焦報(bào)道，并被Nature以“Water waves grow tall with help from a trick of light”為題亮點(diǎn)報(bào)道。我校陳煥陽(yáng)教授和浙江大學(xué)王振宇教授為共同通訊作者，并和柳清伙教授有諸多合作，雙方課題組在理論和實(shí)驗(yàn)上緊密配合圓滿完成。這項(xiàng)工作在國(guó)家優(yōu)青項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及校長(zhǎng)基金等的資助下完成。