新型Janus螺旋结构纳米线组装体光热电器件问世

　　【化工仪器网 项目成果】目前我国在能量利用中，有大约60%的能量以废热的形式损耗，这些废热通常被忽视而浪费。如何有效利用这些废热，是一个亟待解决的问题。太阳能热电设备在解决全球变暖问题方面发挥着重要作用，因为它们具有将废热和太阳能直接转化为电能的独特功能，同时，还能利用光热效应来进一步提高发电效率。除了选择热优值更大的热电材料外，电能输出功率也取决于太阳能热电设备两端的温差。
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　　近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队研制了一种新型柔性Janus螺旋结构的纳米线组装体光热电器件，这种器件的结构可以在不耗费额外能量的同时，以一种柔性结构被动捕获和耗散热量，为实现普适性和高性能热电器件设计提供了一种新的途径。
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　　研究人员发展了一种将辐射冷却和选择性光谱吸收材料协同利用的策略。当器件处于阳光照射下时，顶部辐射冷却层可以将阳光最大程度的反射来减小光热效应，同时与温度为3K的宇宙深空进行辐射换热，产生一个较低的温度而不需要外接冷却装置。另一方面，器件底端的选择性太阳能吸收层则在最大化吸收太阳光的同时，减少热量的辐射热损失。
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　　为了制备出这种Janus器件，研究人员在辐射冷却材料的背面组装一层有序的碲纳米线薄膜，随后利用原位阳离子交换反应形成一端是p型碲化亚铜纳米线和一端是n型碲化银纳米线的异质结阵列。随后将阵列螺旋化得到Janus螺旋STE器件。
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　　随后，研究人员还将制备好的器件置于户外测试，发现在中午约0.6个太阳光的光照下，这种Janus螺旋STE器件两端可以产生将近30K的温差。当器件处于阳光照射下时，顶部辐射冷却层可以将阳光最大程度的反射来减小光热效应，同时与温度为3K的宇宙深空进行辐射换热，产生一个较低的温度而不需要外接冷却装置。除此之外，器件底端的选择性太阳能吸收层则在最大化吸收太阳光的同时，减少热量的辐射热损失。
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　　不同于绝大多数光热电器件，这种器件的光热端因设置在底部，使其具有和废热协同发电的潜力。此外，由于器件两端辐射率很大的差异，使其在夜间仍然具有一定的温差来进行发电。因此，这种器件的结构可以在不耗费额外能量的同时，以一种柔性结构最大限度地捕获和耗散热量，有效利用太阳能和宇宙的寒冷，为实现普适性和高性能热电器件设计提供了一种新的途径。
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　　该研究成果以题为“Janus Helical Ribbon Structure of Ordered Nanowire Films for Flexible Solar Thermoelectric Devices”发表在Advanced Materials上。
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　　(资料来源：科技日报)