新型Janus螺旋結(jié)構(gòu)納米線組裝體光熱電器件問世
【化工儀器網(wǎng) 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(fèi)。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(shè)備在解決全球變暖問題方面發(fā)揮著重要作用，因為它們具有將廢熱和太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的獨(dú)特功能，同時，還能利用光熱效應(yīng)來進(jìn)一步提高發(fā)電效率。除了選擇熱優(yōu)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(shè)備兩端的溫差。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊研制了一種新型柔性Janus螺旋結(jié)構(gòu)的納米線組裝體光熱電器件，這種器件的結(jié)構(gòu)可以在不耗費(fèi)額外能量的同時，以一種柔性結(jié)構(gòu)被動捕獲和耗散熱量，為實現(xiàn)普適性和高性能熱電器件設(shè)計提供了一種新的途徑。
研究人員發(fā)展了一種將輻射冷卻和選擇性光譜吸收材料協(xié)同利用的策略。當(dāng)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(yīng)，同時與溫度為3K的宇宙深空進(jìn)行輻射換熱，產(chǎn)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(yīng)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(zhì)結(jié)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)生將近30K的溫差。當(dāng)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(yīng)，同時與溫度為3K的宇宙深空進(jìn)行輻射換熱，產(chǎn)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(shù)光熱電器件，這種器件的光熱端因設(shè)置在底部，使其具有和廢熱協(xié)同發(fā)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(jìn)行發(fā)電。因此，這種器件的結(jié)構(gòu)可以在不耗費(fèi)額外能量的同時，以一種柔性結(jié)構(gòu)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(xiàn)普適性和高性能熱電器件設(shè)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(fā)表在Advanced Materials上。
(資料來源：科技日報)
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