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中新網(wǎng)合肥11月10日電 (記者 吳蘭)記者10日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)研制了一種新型柔性Janus(兩面型)螺旋結(jié)構(gòu)的納米線(xiàn)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。
相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)。
據(jù)介紹，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。如何有效利用這些廢熱，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。光熱電(STE)器件不僅能將廢熱很好地轉(zhuǎn)化，還能利用光熱效應(yīng)來(lái)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光熱電器件兩端的溫差。
在該項(xiàng)工作中，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，即當(dāng)器件處于陽(yáng)光照射下時(shí)，頂部輻射冷卻層可以將陽(yáng)光最大程度的反射來(lái)減小光熱效應(yīng)，同時(shí)與溫度為3 K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。器件底端的選擇性太陽(yáng)能吸收層則在最大化吸收太陽(yáng)光的同時(shí)，減少熱量的輻射熱損失。
為制備出這種Janus器件，研究人員首先制備了一張輻射冷卻薄膜，然后在其背面組裝一端是p型碲化亞銅納米線(xiàn)和一端是n型碲化銀納米線(xiàn)的異質(zhì)結(jié)陣列，及選擇性太陽(yáng)能吸收層，最后將納米線(xiàn)組裝薄膜螺旋化得到Janus螺旋光熱電器件。
研究人員將制備好的器件置于戶(hù)外測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在中午約0.6個(gè)太陽(yáng)光(相當(dāng)于600瓦每平方米太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度)的光照下，這種Janus螺旋光熱電器件兩端可以產(chǎn)生將近30攝氏度的溫差。當(dāng)器件處于陽(yáng)光照射下時(shí)，一方面，頂部輻射冷卻層可以將陽(yáng)光最大程度的反射來(lái)減小光熱效應(yīng)，同時(shí)與溫度為3 K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(yáng)能吸收層則在最大化吸收太陽(yáng)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(lái)進(jìn)行發(fā)電。
標(biāo)簽： 中國(guó)科大 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
