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合肥研究院研制出高性能太陽光熱墨水和光熱薄膜

2021-11-08
來源:光電資訊
關(guān)鍵詞: 熱墨水 光熱薄膜

  近期,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所王振洋研究團(tuán)隊(duì)在等離激元太陽光熱材料研究方面取得進(jìn)展,研制出高性能的太陽光熱硫化銅光熱墨水光熱薄膜。相關(guān)研究結(jié)果以Plasmonic Cu27S24 nanocages for novel solar photothermal nanoink and nanofilm為題發(fā)表在Nano Research上。

  太陽光熱是實(shí)現(xiàn)太陽能利用的有效途徑之一,其核心是高性能光熱轉(zhuǎn)換材料。目前太陽光熱作為一種低品位熱源的利用,僅限于太陽能熱水器、節(jié)能建筑、干燥系統(tǒng)等領(lǐng)域,如何實(shí)現(xiàn)其高品位利用(如海水淡化和集熱發(fā)電等),成了太陽能利用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性課題。

  金納米顆粒等常見的貴金屬納米材料表現(xiàn)出等離激元光熱現(xiàn)象,但貴金屬等離激元材料的帶內(nèi)躍遷及散射損耗較大,作為太陽光熱轉(zhuǎn)換材料時(shí)會(huì)降低收集能量的利用率。研究發(fā)現(xiàn),通過調(diào)控半導(dǎo)體自身非化學(xué)計(jì)量比組分,或利用摻雜原子誘導(dǎo)其結(jié)構(gòu)缺陷,可提高載流子濃度,半導(dǎo)體將顯示出與貴金屬相似的光學(xué)性質(zhì),適于作為太陽光熱材料。此外,中空的納米籠結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步拓展可利用的光照區(qū)間,有效提升光熱轉(zhuǎn)換效率。

  鑒于此,科研人員運(yùn)用Kirkendall效應(yīng)合成了中空的硫化銅納米籠,并結(jié)合第一性原理計(jì)算和有限元仿真模擬,擬合了納米籠的光學(xué)特性,預(yù)測(cè)了其良好的太陽光熱性能。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開發(fā)了太陽光熱墨水和太陽光熱薄膜產(chǎn)品。該工作表明中空的硫化銅納米籠在太陽光熱應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。

  上述研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金的資助。

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  硫化銅納米籠及其產(chǎn)品光熱效果圖




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