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新型Janus螺旋結(jié)構(gòu)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(wǎng) 點(diǎn)擊量：3867
近日,，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)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(shí),，以一種柔性結(jié)構(gòu)被動(dòng)捕獲和耗散熱量,，為實(shí)現(xiàn)普適性和高性能熱電器件設(shè)計(jì)提供了一種新的途徑。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】目前我國(guó)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(gè)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?yàn)樗鼈兙哂袑U熱和太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的獨(dú)特功能,，同時(shí),，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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)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(shí),，以一種柔性結(jié)構(gòu)被動(dòng)捕獲和耗散熱量，為實(shí)現(xiàn)普適性和高性能熱電器件設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)與溫度為3K的宇宙深空進(jìn)行輻射換熱,，產(chǎn)生一個(gè)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(shí),，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(cè)試，發(fā)現(xiàn)在中午約0.6個(gè)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(shí),，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(shí)與溫度為3K的宇宙深空進(jìn)行輻射換熱,，產(chǎn)生一個(gè)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(shí),，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(shí),，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(shí)現(xiàn)普適性和高性能熱電器件設(shè)計(jì)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?qǐng)?bào))
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