莱斯大学制造的碳纳米管薄膜使回收余热成为可能
越来越不起眼的碳纳米管可能只是用来制造太阳能电池板——以及任何通过热量损失能量的东西——的设备，其效率要高得多。
莱斯大学的科学家们正在设计排列整齐的单壁碳纳米管阵列来引导中红外辐射(又名热)，从而大大提高太阳能系统的效率。
莱斯大学(Rice University)的一项模拟显示，一组腔形成了一层排列整齐的碳纳米管薄膜。当优化后，薄膜吸收热光子，并在一个狭窄的带宽内发出光，可以作为电力回收。Chloe Doiron插图
布朗工程学院的Gururaj Naik和Junichiro Kono介绍了他们在ACS光子学方面的技术。
他们的发明是一种双曲热发射器，它可以吸收原本会被排放到大气中的高热，将其压缩到一个狭窄的带宽中，并以光的形式发射出来，然后将其转化为电能。
这一发现是基于Kono’s集团2016年的另一项发现，当时他们发现了一种简单的方法，可以制作高度排列的、由紧密排列的纳米管构成的晶片级薄膜。
扫描电子显微镜图像显示，亚微米级的空腔形成排列整齐的碳纳米管薄膜，这是莱斯大学开发的。这些空腔捕获了热光子，并缩小了它们的带宽，把它们变成了光，然后可以作为电能回收利用。由奈克实验室提供
奈克于2016年加入赖斯，在与他的讨论中，两人决定看看这些电影是否可以用于导演“热光
河野”说，“热光子就是从热体中发射出来的光子。如果你用红外线照相机看热的东西，你会看到它发光。照相机正在捕捉这些热激发的光子
红外辐射是阳光的一个组成部分，它向地球传递热量，但it’s只是电磁光谱的一小部分。“奈克说，任何热表面都会以热辐射的形式发光。问题是热辐射是宽频带的，而光与电的转换只有在窄带内才有效。
他说，挑战在于将宽带光子压缩到窄带中。
纳米管薄膜提供了一个隔离中红外光子的机会，否则这些光子将被浪费掉。奈克说:“这就是我的动机。“A研究发现，我们工业能源消耗的20%左右是废热。仅德克萨斯州就有大约三年的电力供应。那样会浪费很多能量。
莱斯大学研究生克洛伊·多铁(Chloe Doiron)参与领导了一个项目，创造出一种通过排列好的碳纳米管薄膜将余热回收成电能的设备。
他说，目前将热能转化为电能的最有效方法是使用涡轮机、蒸汽或其他液体来驱动涡轮机。“他们可以给你将近50%的转换效率。没有什么能让我们接近这个目标，但是这些系统并不容易实现。” Naik和他的同事们的目标是用一个没有运动部件的紧凑系统来简化这项任务。
排列整齐的纳米管薄膜是吸收余热并将其转化为窄带宽光子的管道。由于纳米管中的电子只能在一个方向上运动，在这个方向上排列的薄膜是金属的，而在垂直方向上绝缘，这种效应被称为双曲色散。热光子可以从任何方向撞击薄膜，但只能从一个方向离开。
”奈克说:“我们不是直接从热能转化为电能，而是从热能转化为电能。看起来两个阶段比三个阶段更有效率，但在这里，情况并非如此
莱斯大学的研究人员，从左起，李新伟，河野俊一郎，高伟禄和奈克古鲁拉。杰夫·菲特洛摄影
奈克说，在标准太阳能电池中添加这种排放物，可以使其效率从目前约22%的峰值提高。他说:“通过把所有浪费的热能压缩成一个小的光谱区域，我们就可以非常有效地把它转化为电能。理论上的预测是我们可以得到80%的效率
纳米管薄膜适合这项任务，因为它们可以承受高达1700摄氏度(3092华氏度)的高温。Naik’s团队建造了概念验证设备，使他们能够在高达700摄氏度(1292华氏度)的温度下工作，并确认他们的窄带输出。为了制造它们，研究小组将亚微米尺度的空腔排列成芯片大小的薄膜。
”奈克说:“这是一组这样的谐振器，每一个谐振器都在这个狭窄的光谱窗口内发射热光子。我们的目标是用光伏电池收集太阳能，并将其转化为能源，证明我们可以高效率地做到这一点
水稻博士后研究员高伟禄(音译)是该论文的共同作者之一，研究生李昕薇(音译)是论文的合著者之一。河野教授是电子和计算机工程、物理和天文学以及材料科学和纳米工程的教授。奈克是电气和计算机工程助理教授。
美国能源部基础能源科学项目、国家科学基金会和罗伯特·a·韦尔奇基金会资助了这项研究。
莱斯大学研究生李新伟(左)和博士后研究员高为路利用碳纳米管薄膜帮助开发了一种回收余热的装置。它最终可以提高太阳能电池的产量，提高工业废热回收的效率。杰夫·菲特洛摄影
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