皮卡丘喝多少杯咖啡可以发出一次十万伏特？_风闻
费米科学-来费米一起玩科学吧2019-05-16 16:05
大家好
我是皮妹儿
刚刚上映的
长（zhǎng）毛的皮卡丘
你们去看了么
影片里的皮卡丘
不仅激萌、毛乎乎、操着一口大叔音
还酷爱喝咖啡
到处充满着反差萌
截图来自预告片
原本以为这些仅仅是
影片特意打造的“丘设”
万万没想到
咖啡和电子设备
还真有点关系
首先
我们先来说说咖啡因
人没事就爱喝咖啡提神，这是因为咖啡里面含有咖啡因。
虽然咖啡的起源是非洲，但据说，最先发现咖啡因的却是中国人，因为在咖啡发现之前，茶一直被认为是咖啡因含量最高的东西。早在神农时期，人们就意外发现“吃茶”居然能有提神的效果，甚至茶一度成为了提神的“药材”。
而直到1819年，咖啡因才首次由德国分析化学家弗里德里希·费迪南·龙格（Friedrich Ferdinand Runge）提炼出来。
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咖啡因会影响人体脑部、心脏、血管、胃肠、肌肉及肾脏等各部位，甚至能够增加血液中肾上腺激素的含量，让人感觉兴奋。
当大脑想让我们放松、休息以及进入睡眠状态时，会分泌出名为腺苷酸（adenosine）的化学物质，大脑的交感神经接触到这种物质时，就会产生睡意，而咖啡因刚好可以对此进行干扰，这样你的大脑就不再感觉“睡意”了。
既然咖啡因能让人提神
那能不能让电子设备也提提神
由此
加州大学洛杉矶分校（UCLA）科学团队
开始了一场脑洞清奇的研究
▼
当时，这个科学团队正在进行钙钛矿太阳能电池的相关研究。
什么是太阳能电池呢？
知乎上有一个我认为很详细的回答了：
我们需要一个半导体材料作为吸光层，当一个具有足够能量的光子照射在太阳能电池上，光子会激发在半导体价带（Valence Band）中的电子进入导带（Conduction Band）, 在原来价带的位置上留下一个空穴，而这一对原来在一起的电子和空穴分别各自通过电子传输层（Electron Transporting Layer, ETL）和空穴传输层（Hole Transporting Layer, HTL），当它们在外电路（External Circuit）相遇的时候，就产生了电流，而这个就是太阳能电池光变电的基本原理。
来自知乎《钙钛矿太阳能电池-原理及未来》
简单点说，太阳光的发电原理就是利用太阳电池吸收0.4μm～1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光，然后将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。
通常我们见到的太阳能电池板基本上是由硅晶材料制成的，从20世纪70年代就开始对此进行研究，然而这种硅晶太阳能电池的光电转换效率最高才能达到25%。
而钙钛矿太阳能电池（全称钙钛矿型甲胺铅碘薄膜太阳能电池）正是目前热门的研究，仅仅是在2009年到2014年期间，它的光电转换效率就从3.8%飙升至19.3%，足足有五倍多！近年转换率更是高到24%以上！
钙钛矿太阳能电池用5年时间完成的效率进展，以碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池为代表的传统太阳能电池大概得用上3、 40 年才能完成。
简版钙钛矿太阳能电池机理图
来源知乎
钙钛矿太阳能电池具有工艺简便、成本低、光电转换效率高等优点，但是它的稳定性存在很大问题，并且还不耐光、水与热，如果不能得到有效解决，前景也十分堪忧。
正好，在“咖啡因能不能让电子设备更好的工作”这句玩笑话之下，UCLA科研团队发现，咖啡因这种生物碱化合物，它里面的未成对电子可以与钙钛矿材料中的铅离子相互作用，进而形成钙钛矿电池的光吸收层。
这么一看，咖啡因好像也有点用。
所以，UCLA科学团队就展开了一系列实验：
他们在40个钙钛矿太阳能电池中加入了咖啡因，得到了40片混合了咖啡因的钙钛矿薄膜，然后借助红外线辐射来观察咖啡因跟钙钛矿层的化学接合状况，他们发现咖啡因中的羰基（氧原子以双键的形式与碳原子连接）和钙钛矿层中的铅离子形成了一种“分子锁”（molecular lock）。
这种相互作用提高了钙钛矿形成时所需克服的能量势垒，把太阳能电池的效率从17%提升到了20%。
之后，为了测试其耐热性，UCLA团队把添加了咖啡因的钙钛矿太阳能电池放在85℃的环境中。因为电子设备必须在85℃下运行并持续1000小时，才能通过标准加速寿命试验。
结果证明，**添加了咖啡因的钙钛矿太阳能电池热稳定度相当不错，**维持时间长达1,300小时，功率转换效率也可达86%。
相比较而言，传统的钙钛矿太阳能电池在175小时之后，功率转换效率就只剩下60%，这可是55天与7天的巨大差距。
这个科学团队的研究人员表示，咖啡因产生的特殊化学效果将有助于加速钙钛矿太阳能的商业化进展，而咖啡因也是他们发现第一个具有如此功效的化学分子，未来还会持续寻找类似效果的化合物。
看来，咖啡因确实可以帮助电子设备“提神”啊。
怪不得长（zhǎng）毛的皮卡丘爱喝咖啡，你们想一下，皮卡丘是不是也算一个中小型太阳能电子设备了，毕竟它也没有别的途径充电啊……
也就是说，皮卡丘喝了咖啡还得站在有光的地方，甭管它是太阳光还是灯光，哪怕是浴霸呢，这样它就可以产生更多、更稳定的电！（学术外援表示：最好还是个水晶皮卡丘……）
大概就这样吧
图片来自网络
真的好想知道
皮卡丘喝多少咖啡
才能维持一次十万伏特的攻击啊
……
脑洞清奇的读者老爷们
在评论区告诉我们鸭~
以上
就是本期全部内容