記者11日從中國科學技術大學了解到，該校俞書宏院士團隊研制了一種新型柔性Janus(兩面型)螺旋結構的納米線組裝體光熱電器件。這種器件的結構可以在不耗費額外能量的同時，以一種柔性結構被動捕獲和耗散熱量，為實現普適性和高性能熱電器件設計提供了一種新的途徑。相關研究成果日前發表于《先進材料》。
中國科學技術大學供圖
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。如何有效利用這些廢熱，是亟待解決的問題。光熱電(STE)器件不僅能將廢熱很好地轉化，還能利用光熱效應來進一步提高發電效率。除了選擇熱優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。
研究人員發展了一種將輻射冷卻和選擇性光譜吸收材料協同利用的策略，即當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地反射來減小光熱效應，同時與溫度為3K的宇宙深空進行輻射換熱，產生一個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結陣列，及選擇性太陽能吸收層，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試，發現在中午約0.6個太陽光(相當于600瓦每平方米太陽光輻射強度)的光照下，這種Janus螺旋光熱電器件兩端可以產生將近30攝氏度的溫差。當器件處于陽光照射下時，一方面，頂部輻射冷卻層可以將陽光最大程度地反射來減小光熱效應，同時與溫度為3K的宇宙深空進行輻射換熱，產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。
不同于絕大多數光熱電器件，這種器件的光熱端因設置在底部，使其具有和廢熱協同發電的潛力。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行發電。
（來源：科技日報）