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美國(guó)萊斯大學(xué)開(kāi)發(fā)可將熱能轉(zhuǎn)化為光能的器件

發(fā)布日期:2019-07-17??來(lái)源:航空工業(yè)信息網(wǎng)我要投稿我要評(píng)論

【據(jù)美國(guó)萊斯大學(xué)網(wǎng)站2019年7月12日?qǐng)?bào)道】萊斯大學(xué)的科學(xué)家正在設(shè)計(jì)單壁碳納米管陣列,以改善中紅外輻射,并大大提高太陽(yáng)能系統(tǒng)的效率。萊斯大學(xué)的一項(xiàng)模擬顯示空腔被圖案化成對(duì)齊的碳納米管薄膜。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,薄膜吸收熱光子并以窄帶寬發(fā)光,可以作為電力再循環(huán)。

萊斯大學(xué)布朗工程學(xué)院的Gururaj Naik和Junichiro Kono在ACS光子學(xué)》期刊中介紹了他們的技術(shù)。

他們的發(fā)明是一種雙曲熱發(fā)射器,它可以吸收原本會(huì)被排放到大氣中的高熱,將其壓縮到一個(gè)狹窄的帶寬中,并以光的形式發(fā)射出來(lái),然后將其轉(zhuǎn)化為電能。這一發(fā)現(xiàn)基于Kono團(tuán)隊(duì)2016年的另一項(xiàng)發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí)他們發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的方法,可以制造由緊密堆積的納米管組成的高度對(duì)齊的晶圓級(jí)薄膜。

整齊排列的納米管薄膜是吸收廢熱并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檎瓗Ч庾拥膶?dǎo)管。因?yàn)榧{米管中的電子只能在一個(gè)方向上行進(jìn),所以整齊排列的薄膜在該方向上是金屬的,而在垂直方向上是絕緣的,Naik稱為雙曲線色散。熱光子可以從任何方向撞擊薄膜,但只能通過(guò)一個(gè)方向離開(kāi)。

Naik說(shuō):“我們不是從熱能直接轉(zhuǎn)向電力,而是從熱到光,再到電。” “似乎兩個(gè)過(guò)程比三個(gè)過(guò)程效率更高,但在該研究中,事實(shí)并非如此。Naik表示,標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池中添加這種發(fā)射管,可以將效率從目前峰值提高22%左右。 “通過(guò)將所有浪費(fèi)的熱能壓縮到一個(gè)小的光譜區(qū)域,我們可以非常有效地將其轉(zhuǎn)化為電能,”他說(shuō)。 “理論預(yù)測(cè)是我們可以獲得80%的效率。”

納米管薄膜適合這項(xiàng)任務(wù),因?yàn)樗鼈兛梢猿惺芨哌_(dá)17003092華氏度)的溫度。Naik的團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了概念驗(yàn)證器件,使其能夠在高達(dá)7001,292 F)的溫度下運(yùn)行并確認(rèn)其窄帶輸出。為了制造它們,該團(tuán)隊(duì)將亞微米級(jí)腔體陣列圖案化為芯片尺寸的薄膜。“有一系列這樣的諧振器,每個(gè)都在狹窄的光譜窗口內(nèi)發(fā)射熱光子,”Naik說(shuō)。 “我們的目標(biāo)是使用光伏電池收集它們并將其轉(zhuǎn)化為能量,并表明我們可以高效率地完成這項(xiàng)工作。”

美國(guó)能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)項(xiàng)目、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和羅伯特·a·韋爾奇基金會(huì)資助了這項(xiàng)研究。

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