纳米粒子自组装以收集太阳能

太阳能热技术是一种有前途的环保能量收集方法，在解决化石燃料能源危机方面具有潜在的作用。

该技术将太阳光转化为热能，但在保持高吸收的同时抑制能量耗散具有挑战性。依赖微或纳米工程的现有太阳能收集器没有足够的可扩展性和灵活性，并且需要一种新颖的策略来捕获高性能太阳能光，同时简化制造并降低成本。

在APL Photonics上发表的文章“用于低品位太阳能收集的具有准周期纳米结构的可扩展选择性吸收器”中，来自哈尔滨大学，浙江大学，长春光学研究所和新加坡国立大学的研究人员设计了一种具有增强能量转换能力的太阳能收集器。

该设备采用准周期纳米级图案 - 这意味着其中大部分是交替且一致的图案，而其余部分包含不影响其性能的随机缺陷(与纳米制造结构不同)。事实上，放宽对结构周期性的严格要求可以显著提高设备的可扩展性。

制造过程利用自组装纳米颗粒，这些纳米颗粒基于它们与附近颗粒的相互作用形成有组织的材料结构，而无需任何外部指令。

该设备收集的热能可以使用热电材料转化为电能。

“太阳能在很宽的频率范围内以电磁波的形式传输，”浙江大学的作者Ying Li说。“一台好的太阳能热收集器应该能够吸收波浪并变热，从而将太阳能转化为热能。该过程需要高吸光度(100%是完美的)，太阳能采集器还应抑制其热辐射以保持热能，这需要低热发射率(零意味着无辐射)。

为了实现这些目标，收割机通常是具有周期性纳米光子结构的系统。但是，由于图案的刚性和高昂的制造成本，这些模块的灵活性和可扩展性可能会受到限制。

“与以前的策略不同，我们的准周期纳米光子结构是由氧化铁(Fe3O4)纳米颗粒，而不是繁琐和昂贵的纳米制造，“李说。

它们的准周期纳米光子结构实现了高吸光度(大于94%)，抑制了热发射率(小于0.2)，并且在自然太阳光照下，吸收器具有快速而显着的温升(大于80摄氏度)。

基于吸收器，该团队建造了一个灵活的平面太阳能热电收集器，其显着的维持电压超过每平方厘米20毫伏。他们预计它每平方米的太阳辐射可以为20个发光二极管供电。这种策略可以为低功率密度应用提供服务，以实现更灵活和可扩展的太阳能收集工程。

“我们希望我们的准周期纳米光子结构能够激发其他工作，”李说，“这种高度通用的结构和我们的基础研究可用于探索太阳能收集的上限，例如柔性可扩展的太阳能热电发电机，它可以作为太阳能收集组件的辅助，以提高光伏架构的总效率。

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