标题：无偏二极管
徐林业与无偏二极管
2004年《光明日报》报道：中国科学院生物物理研究所研究员徐业林发明的‘无偏二极管’,陆续获得了俄、英、美、中四国的发明专利......在不需要外加电能、化学能、太阳能等能量的条件下,只要环境温度高于负273℃,该器件就能奇迹般地输出直流电流……这将是一种取之不尽、完全没有污染的新型能源。”　
一位院士指出光明日报《无偏二极管有望开辟新的能源出路》一文中所提二极管，是违背能量守恒定律、在科学上不可能出现的“永动机”。另一位学者在某报上发文，也认为无偏二极管是违背热力学第二定律的第二类永动机。这种类比，在科学上不能成立。 
无偏二极管的基本原理
攻读现代物理学出身的徐业林研究员，在经历数十年的科学探索中，制成的“无偏二极管”是一种非常巧妙的微电子器件。它将两块金属片，一块为很平的铬层，另一块为有着很多小坑的铬层，中间夹着半导体的硅层。它是利用环境温度，将半导体中导电电子无序的热运动，转化成有序的电流。无偏二极管与负载电阻构成一个回路，回路中有一开关，平时总是断开的，即与环境温度是相通的、相等的。如果将它关闭，无偏二极管的温度即行下降。可见，无偏二极管是通过环境温度对二极管本身温度下降的补偿，利用巧妙的微电子结构而不断运作的。
无偏二极管的示意图：
  无偏二极管图示无偏二极管不涉及宏观的热力学定律 
热力学第一定律，是指一切涉及热现象的宏观过程必须满足能量守恒和转换定律。但是，无偏二极管依靠外界输入的能量而作功，完全谈不上违背热力学第一定律的问题。 
热力学第二定律，是指孤立系统中宏观过程的不可逆性。其核心的表述，是指孤立系统中热运动过程进行的方向只能是熵增加的方向而不是相反，即只能是从有序到无序而不能从无序到有序。因而想依靠不消耗能量、企图制造出违背热力学第二定律的永动机是不可能的。但是需要指出，热二律是在严格的限定条件下才可成立：一是指孤立系统，即必须是与外界没有能量质量交换的孤立系统，而不是开放系统。二是指宏观过程，即仅指宏观尺度的系统，而不是指宇观尺度或微观尺度的系统。三是指宏观过程有大量分子集合体的统计规律，不包括仅有少量分子的宏观过程。反之，如果是有外源输入（负熵流）的开放系统，或者是宇宙尺度，或者虽然是宏观尺度但只有少数几个分子的宏观体系，在这三类中的任一种情况下，热二律都不能成立。如果不讲条件，到处搬用热二律，必然会走向谬误。例如，物理学早已指出，最早表述热二律的克劳修斯将热二律推广于宇宙，就犯了“热寂说”的错误。自然界在本质上属于互相联系互相制约的开放系统。从迄今的科学进展来看，无论是天体演化、生命起源、人类起源，还是植物生长繁殖、动物和人本身的的生命延续等等，无一不都是依靠负熵流的输入，从无序到有序，从简单的有序到复杂、更复杂的有序。在自然界中，真正的孤立系统是极少的；可以说，自然界中的孤立系统最多只是在特定条件下的一种近似。 
徐业林研究员发明的无偏二极管则是从环境温度吸取热量，将环境温度下降部分热运动的无序力转变有序的电流。它本质上属于开放系统，而不是孤立系统。它并不涉及热力学第一定律，更不涉及作为孤立系统的宏观过程的热力学第二定律。 
无偏二极管是一项自主创新的重大发现 
徐业林研究员发明的无偏二极管不仅有环境温度的外源，而且他通过无偏二极管此种特定的微电子器件的设计，为微观粒子的热运动造成一个不对称环境，使得半导体中导电电子的无序热运动转化成有序的电流。徐业林研究员依据他的实验，进而在理论上提出了：“在一个微观粒子不对称热运动效应可以忽略不计的孤立系统中，熵趋于增大；在一个微观粒子不对称热运动效应不可忽略不计的孤立系统中，熵趋于减少。” 
这就是说，无偏二极管在理论上实现了重大的突破：（1）热二律否定的永动机，是指“热机中的工作物质经过一循环回到原来的状态，其内能不变”（克劳修斯表述）。而无偏二极管通过微观粒子热运动的不对称环境，开发了宏观热运动的内能，使得宏观热运动无序的内能，转变为有序的能量，为“麦克斯韦妖”找到了一种机制，实现了从无序到有序的突破。（2）热二律的开尔文表述：“不可能从单一热源取热，使之完全变为有用的功而不产生其他影响”。而无偏二极管通过它非常巧妙的特定设计的微电子环境，却从大气宏观环境温度中，开发了“单一热源”的能源。如果将这种“有源循环器”也要说成“永动机”的话，那么水力发电、风力发电、动植物生长繁殖，岂非全都成了“永动机”！
难以回避的问题，专家不谈，也不敢谈
二极管具有参数叫做正偏电压。无偏可说成正偏电压为零，或接近零。任何导体、半导体内都有热噪声。即电子的热运动。恒温下热噪声的强度恒定，表现为电压恒定。正偏电压低于热噪声强度，从而二极管将热噪声整流完全可行。二极管的PN结面中每一个面元也是PN结，也是二极管。一个二极管是内部所有面元二极管的并联。二极管的并联不会消除整流作用。
传统的半导体决定二极管的正偏电压都很大，看不到整流热噪声的效果。无偏二极管在降低正偏电压方面的努力就值得肯定。
制作二极管不必局限于传统半导体。理论指出在金属或传统半导体中放置电荷群，也能做出半导体或改变原半导体性质。两种不同性质的半导体相互接触，自然形成PN结。无偏二极管的小坑等效于电荷群，而电荷群不必局限于小坑。对无偏二极管改进的建议是：用其他方法实现电荷群。
无偏二极管带来的效果的确是具有冲击性的。若今天还坚持第二类永动机是不可造的，则首先要把正偏电压为零或接近零的二极管不能整流热噪声的道理说明白才行。
反对者意见
无偏二极管只是一种势能电池
无偏二极管不是永动机，也没有商业价值 
作者：正和 
一年多以前我在三思论坛上分析过无偏二极管的原理，最近又见到无偏二极 
管申请大笔国家项目经费，实在心疼纳税人的钱，所以想借助一下新语丝这个受 
众广泛的平台发表拙见以正视听。 
无偏二极管的基本结构是：两个同种金属板（一块光滑一块粗糙，徐业林将 
粗糙称为“小井”）夹一层半导体膜，这种结构确实能产生微弱的电流，徐业林 
将产生电流的机制解释为二极管从单一热源吸取热能转化成电能，典型的第二类 
永动机。产生电流没错，错的是徐的解释。徐的论文连篇累牍地论证从单一热源 
吸热做功是如何地不违反第二定律（其实是被他篡改的第二定律）。可怜徐受了 
这么多年的专业教育，竟然不能对永动机免疫，悲乎；或者他心明如镜，就是要 
骗取经济利益，无耻！ 
由于粗糙金属板相对于光滑金属板有较高的表面势能，这是电流得以产生的 
真正基础，即无偏二极管是一种“势能电池”。由于粗糙金属板表面势能高，使 
其电子具有向光滑金属板转移以降低体系势能的倾向。如果接通外部回路，则电 
子通过外部电路转移形成电流。由于粗糙金属板对外部电路提供电子，故成为电 
池的负极。电子流出后，粗糙电极带正电荷，能释放金属阳离子并透过夹层扩散 
到光滑电极，并在那里与电子复合，形成电池内部回路。电池工作的结果是粗糙 
电极通过将表层金属物质转移到光滑电极，粗糙度逐渐减小，表面势能降低，电 
池所提供的能量正是来源于表面势能的消耗。由此“势能电池”原理，可以作出 
如下推断 
1、粗糙电极的粗糙度越高（即“小井”越细越密集），表面势能越高，电 
流越大； 
2、半导体夹层越薄（以不短路为前提），电极金属阳离子跨极扩散越容易， 
电池内阻越小，电流越大； 
3、半导体夹层搀杂后，可显著提高金属阳离子扩散能力，电流显著增大， 
但电池寿命也显著降低； 
4、温度升高，扩散能力增强，电流增强。 
徐的论文验证了1、3两条，尤其给出，半导体层搀杂后，电流增大上千倍， 
但寿命则缩短同样数量级。徐对电池寿命缩短的解释是搀杂不均匀造成的，因为 
按他阐释的工作原理，寿命原则上是无限的；而按“势能电池”工作原理，该电 
池的安时数是有限的，放电越快寿命自然越短。实验完全符合我分析的原理。 
第2条徐的实验条件不够，第4条不知他为什么没有去研究。 
另外，网上有人在无偏二极管输出电流的事实面前，认为其原理是从空间中 
提取电磁波能量（两个电极对空间电磁波的反射率不同），我认为那肯定是错误 
的。次要的证据是徐将电池放在铁盒中做了电磁屏蔽，即使铁盒屏蔽不完全，但 
空间电磁波的波长比“小井”的尺寸高出许多个数量级，不会对反射率造成影响； 
主要证据则仍是“半导体夹层搀杂导致电流暴增且寿命暴减”这个关键实验结果， 
势能电池原理能对其做出完美解释。 
用上述势能电池原理，我还预言过一大堆“势能电池”。比如，用两根一样 
的钢制弹簧，其中一根处于自由态，另一根处于压缩态，放入硫酸亚铁溶液中做 
为电极，就能构成一种势能电池。将粗铜棒和细铜丝作为电极放入硫酸铜溶液中， 
也能构成势能电池。用两个一样的铁块作为电极放入硫酸亚铁溶液中作为电极， 
置于非均匀磁场中，铁块在磁场中的势能就能以电能形势释放（这种磁势能电池， 
被重庆一位自封为“场电源之父”的刘武青做出来且命名为“场电源”，也申请 
了专利）；甚至还有重力势能电池——在竖立的长玻管的两端用同种金属做电极， 
玻管内充满含电极金属离子的溶液。 
势能电池的原理决定了它的能量/体重比很低，比化学电池低几个数量级， 
不论花多少钱去改进都是没有结果的。我不否认无偏二极管的存在，但坚决反对 
用纳税人的钱来做产业化研究。 
不同的是，刘武青是用自己的钱鼓捣，而徐则是专业研究人员身份浪费纳税 
人的钱，刘无聊而徐无耻。
支持者意见
第四类永动机理论认为8个电子结构具有捕获效应，改变了微观概率取向——在PN结两端形成了一个势能（反作用力），与这个势能平衡的对应势能（作用力）其实是个虚势——电子捕获势能——按照热力学第二定律，掺杂PN结电子本不该形成8个电子结构，是因为电子偶然形成8个电子结构的电子被锁住了，这种偶然和锁住相当于捕获，改变了概率取向，这个过程的发生是要消耗内能的，从而形成第四类永动机制[1]。当PN节未形成环流时，两个势能效果相互抑制，相互依存；一旦PN节形成闭环，电势由于导通而被化解，捕获势能却仍然存在，所以形成源源不断的电流，而不断从空气吸热。
第四类永动机理论或会让科学界重新审视徐老前辈的无偏二极管，亦未其它永动机方案探索开辟了新思路。人们不必对徐老太苛刻。