皮卡丘喝多少杯咖啡可以發出一次十萬伏特？_風聞
费米科学-来费米一起玩科学吧2019-05-16 16:05
大家好
我是皮妹兒
剛剛上映的
長（zhǎng）毛的皮卡丘
你們去看了麼
影片裏的皮卡丘
不僅激萌、毛乎乎、操着一口大叔音
還酷愛喝咖啡
到處充滿着反差萌
截圖來自預告片
原本以為這些僅僅是
影片特意打造的“丘設”
萬萬沒想到
咖啡和電子設備
還真有點關係
首先
我們先來説説咖啡因
人沒事就愛喝咖啡提神，這是因為咖啡裏面含有咖啡因。
雖然咖啡的起源是非洲，但據説，最先發現咖啡因的卻是中國人，因為在咖啡發現之前，茶一直被認為是咖啡因含量最高的東西。早在神農時期，人們就意外發現“吃茶”居然能有提神的效果，甚至茶一度成為了提神的“藥材”。
而直到1819年，咖啡因才首次由德國分析化學家弗里德里希·費迪南·龍格（Friedrich Ferdinand Runge）提煉出來。
咖啡因會影響人體腦部、心臟、血管、胃腸、肌肉及腎臟等各部位，甚至能夠增加血液中腎上腺激素的含量，讓人感覺興奮。
當大腦想讓我們放鬆、休息以及進入睡眠狀態時，會分泌出名為腺苷酸（adenosine）的化學物質，大腦的交感神經接觸到這種物質時，就會產生睡意，而咖啡因剛好可以對此進行干擾，這樣你的大腦就不再感覺“睡意”了。
既然咖啡因能讓人提神
那能不能讓電子設備也提提神
由此
加州大學洛杉磯分校（UCLA）科學團隊
開始了一場腦洞清奇的研究
▼
當時，這個科學團隊正在進行鈣鈦礦太陽能電池的相關研究。
什麼是太陽能電池呢？
知乎上有一個我認為很詳細的回答了：
我們需要一個半導體材料作為吸光層，當一個具有足夠能量的光子照射在太陽能電池上，光子會激發在半導體價帶（Valence Band）中的電子進入導帶（Conduction Band）, 在原來價帶的位置上留下一個空穴，而這一對原來在一起的電子和空穴分別各自通過電子傳輸層（Electron Transporting Layer, ETL）和空穴傳輸層（Hole Transporting Layer, HTL），當它們在外電路（External Circuit）相遇的時候，就產生了電流，而這個就是太陽能電池光變電的基本原理。
來自知乎《鈣鈦礦太陽能電池-原理及未來》
簡單點説，太陽光的發電原理就是利用太陽電池吸收0.4μm～1.1μm波長(針對硅晶)的太陽光，然後將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。
通常我們見到的太陽能電池板基本上是由硅晶材料製成的，從20世紀70年代就開始對此進行研究，然而這種硅晶太陽能電池的光電轉換效率最高才能達到25%。
而鈣鈦礦太陽能電池（全稱鈣鈦礦型甲胺鉛碘薄膜太陽能電池）正是目前熱門的研究，僅僅是在2009年到2014年期間，它的光電轉換效率就從3.8%飆升至19.3%，足足有五倍多！近年轉換率更是高到24%以上！
鈣鈦礦太陽能電池用5年時間完成的效率進展，以碲化鎘（CdTe）和銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池為代表的傳統太陽能電池大概得用上3、 40 年才能完成。
簡版鈣鈦礦太陽能電池機理圖
來源知乎
鈣鈦礦太陽能電池具有工藝簡便、成本低、光電轉換效率高等優點，但是它的穩定性存在很大問題，並且還不耐光、水與熱，如果不能得到有效解決，前景也十分堪憂。
正好，在“咖啡因能不能讓電子設備更好的工作”這句玩笑話之下，UCLA科研團隊發現，咖啡因這種生物鹼化合物，它裏面的未成對電子可以與鈣鈦礦材料中的鉛離子相互作用，進而形成鈣鈦礦電池的光吸收層。
這麼一看，咖啡因好像也有點用。
所以，UCLA科學團隊就展開了一系列實驗：
他們在40個鈣鈦礦太陽能電池中加入了咖啡因，得到了40片混合了咖啡因的鈣鈦礦薄膜，然後藉助紅外線輻射來觀察咖啡因跟鈣鈦礦層的化學接合狀況，他們發現咖啡因中的羰基（氧原子以雙鍵的形式與碳原子連接）和鈣鈦礦層中的鉛離子形成了一種“分子鎖”（molecular lock）。
這種相互作用提高了鈣鈦礦形成時所需克服的能量勢壘，把太陽能電池的效率從17%提升到了20%。
之後，為了測試其耐熱性，UCLA團隊把添加了咖啡因的鈣鈦礦太陽能電池放在85℃的環境中。因為電子設備必須在85℃下運行並持續1000小時，才能通過標準加速壽命試驗。
結果證明，**添加了咖啡因的鈣鈦礦太陽能電池熱穩定度相當不錯，**維持時間長達1,300小時，功率轉換效率也可達86%。
相比較而言，傳統的鈣鈦礦太陽能電池在175小時之後，功率轉換效率就只剩下60%，這可是55天與7天的巨大差距。
這個科學團隊的研究人員表示，咖啡因產生的特殊化學效果將有助於加速鈣鈦礦太陽能的商業化進展，而咖啡因也是他們發現第一個具有如此功效的化學分子，未來還會持續尋找類似效果的化合物。
看來，咖啡因確實可以幫助電子設備“提神”啊。
怪不得長（zhǎng）毛的皮卡丘愛喝咖啡，你們想一下，皮卡丘是不是也算一箇中小型太陽能電子設備了，畢竟它也沒有別的途徑充電啊……
也就是説，皮卡丘喝了咖啡還得站在有光的地方，甭管它是太陽光還是燈光，哪怕是浴霸呢，這樣它就可以產生更多、更穩定的電！（學術外援表示：最好還是個水晶皮卡丘……）
大概就這樣吧
圖片來自網絡
真的好想知道
皮卡丘喝多少咖啡
才能維持一次十萬伏特的攻擊啊
……
腦洞清奇的讀者老爺們
在評論區告訴我們鴨~
以上
就是本期全部內容