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記者11日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，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》。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖

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。

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)光最大程度地反射來(lái)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。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型碲化亞銅納米線和一端是n型碲化銀納米線的異質(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)光最大程度地反射來(lái)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(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。

關(guān)鍵詞： 熱電器件 研究人員 輻射熱損失 冷卻裝置 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)