【據(jù)美國萊斯大學(xué)網(wǎng)站2019年7月12日報道】萊斯大學(xué)的科學(xué)家正在設(shè)計單壁碳納米管陣列，以改善中紅外輻射，并大大提高太陽能系統(tǒng)的效率。萊斯大學(xué)的一項模擬顯示，一組空腔被圖案化成對齊的碳納米管薄膜。經(jīng)過優(yōu)化后，薄膜吸收熱光子并以窄帶寬發(fā)出光，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)明是一種雙曲面熱發(fā)射器，它可以吸收原本會被排放到大氣中的高熱，將其壓縮到一個狹窄的帶寬中，并以光的形式發(fā)射出來，然后將其轉(zhuǎn)化為電能。這一發(fā)現(xiàn)基于Kono團(tuán)隊2016年的另一項發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時他們發(fā)現(xiàn)了一種簡單的方法，可以制造由緊密堆積的納米管組成的高度對齊的晶圓級薄膜。
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。因為納米管中的電子只能在一個方向上行進(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，但只能通過一個方向離開。
Naik說：“我們不是從熱能直接轉(zhuǎn)向電力，而是從熱到光，再到電。” “似乎兩個過程比三個過程效率更高，但在該研究中，事實并非如此。”Naik表示，在標(biāo)準(zhǔn)太陽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。 “通過將所有浪費的熱能壓縮到一個小的光譜區(qū)域，我們可以非常有效地將其轉(zhuǎn)化為電能，”他說。 “理論預(yù)測是我們可以獲得80％的效率。”
納米管薄膜適合這項任務(wù)，因為它們可以承受高達(dá)1700℃（3092華氏度）的溫度。Naik的團(tuán)隊構(gòu)建了概念驗證器件，使其能夠在高達(dá)700℃（1,292 F）的溫度下運行并確認(rèn)其窄帶輸出。為了制造它們，該團(tuán)隊將亞微米級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，每個都在狹窄的光譜窗口內(nèi)發(fā)射熱光子，”Naik說。 “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工作。”
美國能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)項目、國家科學(xué)基金會和羅伯特·a·韋爾奇基金會資助了這項研究。
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