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新型Janus螺旋結構納米線組裝體光熱電器件問世
2022年11月11日 14:06:49
來源：化工儀器網 點擊量：3928
近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊研制了一種新型柔性Janus螺旋結構的納米線組裝體光熱電器件，這種器件的結構可以在不耗費額外能量的同時，以一種柔性結構被動捕獲和耗散熱量，為實現普適性和高性能熱電器件設計提供了一種新的途徑。
【化工儀器網 項目成果】目前我國在能量利用中，有大約60%的能量以廢熱的形式損耗，這些廢熱通常被忽視而浪費。如何有效利用這些廢熱，是一個亟待解決的問題。太陽能熱電設備在解決全球變暖問題方面發揮著重要作用，因為它們具有將廢熱和太陽能直接轉化為電能的獨特功能，同時，還能利用光熱效應來進一步提高發電效率。除了選擇熱優值更大的熱電材料外，電能輸出功率也取決于太陽能熱電設備兩端的溫差。
近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊研制了一種新型柔性Janus螺旋結構的納米線組裝體光熱電器件，這種器件的結構可以在不耗費額外能量的同時，以一種柔性結構被動捕獲和耗散熱量，為實現普適性和高性能熱電器件設計提供了一種新的途徑。
研究人員發展了一種將輻射冷卻和選擇性光譜吸收材料協同利用的策略。當器件處于陽光照射下時，頂部輻射冷卻層可以將陽光最大程度的反射來減小光熱效應，同時與溫度為3K的宇宙深空進行輻射換熱，產生一個較低的溫度而不需要外接冷卻裝置。另一方面，器件底端的選擇性太陽能吸收層則在最大化吸收太陽光的同時，減少熱量的輻射熱損失。
為了制備出這種Janus器件，研究人員在輻射冷卻材料的背面組裝一層有序的碲納米線薄膜，隨后利用原位陽離子交換反應形成一端是p型碲化亞銅納米線和一端是n型碲化銀納米線的異質結陣列。隨后將陣列螺旋化得到Janus螺旋STE器件。
隨后，研究人員還將制備好的器件置于戶外測試，發現在中午約0.6個太陽光的光照下，這種Janus螺旋STE器件兩端可以產生將近30K的溫差。當器件處于陽光照射下時，頂部輻射冷卻層可以將陽光最大程度的反射來減小光熱效應，同時與溫度為3K的宇宙深空進行輻射換熱，產生一個較低的溫度而不需要外接冷卻裝置。除此之外，器件底端的選擇性太陽能吸收層則在最大化吸收太陽光的同時，減少熱量的輻射熱損失。
不同于絕大多數光熱電器件，這種器件的光熱端因設置在底部，使其具有和廢熱協同發電的潛力。此外，由于器件兩端輻射率很大的差異，使其在夜間仍然具有一定的溫差來進行發電。因此，這種器件的結構可以在不耗費額外能量的同時，以一種柔性結構最大限度地捕獲和耗散熱量，有效利用太陽能和宇宙的寒冷，為實現普適性和高性能熱電器件設計提供了一種新的途徑。
該研究成果以題為“Janus Helical Ribbon Structure of Ordered Nanowire Films for Flexible Solar Thermoelectric Devices”發表在Advanced Materials上。
(資料來源：科技日報)
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