時時頭條
  • 娛樂
  • 體育
  • 財經
  • 科技
  • 旅遊
  • 軍事
  • 育兒
  • 時尚
  • 遊戲
  • 歷史
  1. 首頁
  2. 科技

科學家研發可控可擴充套件奈米層,在900℃高溫也能保持穩定

2024-02-12 08:37:11

  聚光太陽熱能是一種可再生能源技術,它依賴於太陽的輻射。透過調節數百個定日鏡,可以將陽光聚集到接收器上來收集能量,然後接收器會把太陽輻射轉化為熱能。

  透過使用一些比較經濟的手段,這些熱量可以被很好地儲存起來,從而用於電網供電和生產鋼鐵等。因此,在聚光太陽熱能技術中,太陽能接收器扮演著重要角色。

  一般情況下,接收器必須塗有一層高效的光吸收材料(塗層),以便在高溫執行條件之下,增強太陽熱能的轉換效率。而塗層的目標便是要儘可能像黑體(blackbody)一樣達到100% 的吸收率。

  作為一種增強聚光太陽熱能熱轉換的手段,多年來奈米結構得到了廣泛研究。例如,以聚光太陽熱能塗層的“黃金標準”Pyromark 塗層為例,它原本是美國宇航局為阿波羅計劃而開發的。

  憑藉易於延展的奈米結構、以及較高的光熱轉換效率,Pyromark 塗層已被用於全球幾乎所有聚光太陽能電站之中,包括中國的兆瓦級光熱電站。

  但是,Pyromark 塗層中存在的奈米結構,是透過有機材料燃燒的固化過程所產生的,這一過程很難被人為控制,這就導致塗層的光學特性也很難被隨意改變。

  而只有更加精確地調整奈米級結構,才能更好地調整材料的光學效能,例如在太陽能電池(PV,Photovoltaic)的應用中,奈米級陣列結構常常被使用。

  然而,這通常需要複雜的沉積方法,並要依賴於相當複雜的製造工藝比如光刻工藝。這時,就需要具備一定尺寸限制的真空室。而對於大尺寸的太陽熱能接收器來說,這是一種很難實現的製備條件。

  在這種情況之下,人們開始將一些易於製造的奈米結構用於太陽能電池的結構上,其中之一便是球形奈米顆粒。但是當處在高溫條件之時,這些奈米材料在空氣中並不穩定。

  反之,一些在高溫中性質仍能保持穩定的奈米材料比如 Pyromark 塗層,由於長期工作在高溫環境之下,塗層中的奈米材料會燒結,從而導致它的奈米結構形態會受到顯著影響,進而影響吸收率。

  為了解決這一問題,澳大利亞國立大學團隊提出一種新方法:將高度可控的層級奈米結構,引入光熱接收器塗層之中。

  這種層級奈米結構的源材料是二氧化矽,二氧化矽在高溫下仍能保持高度穩定。

  不同於傳統塗層中“自生長”的奈米結構,在高溫條件之下這種層級奈米結構,可被用於任意太陽能吸收器塗層或基材上,從而能夠增強其在寬波長範圍內的太陽吸收,讓其儘可能地接近100%的理論黑體吸收值。

  (來源:Nature Communications)

  而層級奈米結構中的球形奈米顆粒和基質,可以很好地起到控制光吸收的作用。原因在於,透過調整球形奈米的尺寸、覆蓋率和基質厚度等,就能讓其光學特性得到改變。

  針對所提出的層級奈米結構,課題組在不同底層太陽能吸收材料上進行了研究,例如在改變奈米球尺寸等設計引數時,他們進行了光學效能的分析。

  測試結果顯示:這種奈米結構在初始條件之下、以及長期高溫環境條件之下,都能極大提升原有太陽能吸收材料的能力。

  此外,他們還使用無人駕駛飛行器來對層級奈米結構進行噴塗,藉此提高了現有的高溫聚光太陽熱能塗層的光學效能,並展示了納米層的可延展性。

  之所以做這樣的驗證是因為:在聚光太陽熱能領域,可擴充套件性是一種結構或塗層能否被廣泛採用的關鍵所在。

  (來源:Nature Communications)

  總的來說,課題組透過電磁建模的方法,探討了層級奈米結構在太陽能吸收器上的適用性,並展示了一種具備可擴充套件空間的方法,即使用二氧化矽奈米粒子大規模沉積,來增強太陽能吸收材料的吸收率。

  最終,相關論文以《可用於高溫的穩定型近基體太陽能吸收可伸縮奈米結構》()為題發在 Nature Communications[1]。

  圖 | 相關論文(來源:Nature Communications)

  澳大利亞國立大學博士生 Yifan Guo 是第一作者,澳大利亞國立大學高階研究員胡安·特雷斯()擔任通訊作者。

  圖 | Yifan Guo(來源:Yifan Guo)

  理論分析和實驗驗證均表明,研究人員提出的層級奈米結構,不僅可以提高太陽熱能接收器的光吸收率,同時也十分耐用,有望作為升級、翻新、或維護太陽能吸收器的方法。

  目前,市面上的接收器塗層每隔幾年效能就會出現大幅下降,每當這時整個電站都要停止執行,只要這樣才能對塗層進行重新噴塗,從而達到和起初一樣的高吸收率。

  但是,這是一種知易行難的方法。因為塔式太陽熱能的接收器可能像大型廣告牌一樣大,並且安裝在距地面200米的地方。

  而該團隊提出的層級奈米結構,只需採用簡單噴塗的方法,就能提高已退化塗層的吸收率。

  一般來說,塔式太陽能接收器的工作溫度為600℃ 至800℃,如果不進行定期且昂貴的維護,現有塗層就無法處理這一溫度。

  而研究人員提出的奈米層,即便在900℃ 以上的環境中也能保持穩定,因此可用於現有塗層的維護。

  另據悉,該團隊的不少成果都採取師法自然的思路。比如,本次提出的奈米層,借鑑了飛蛾眼角膜的微型奈米結構,這是一種排列整齊的球形結構。以這種結構來設計奈米顆粒,有助於減少入射光的反射,從而增強吸收率。

  除此之外,澳大利亞的“國石”——澳寶(opal)的主要成分是二氧化矽的水合物,這種水合物具有較強的穩定性,而這也正是課題組選擇二氧化矽作為奈米層材料的原因之一。

  此前,課題組還曾造出一種珊瑚狀塗層 [2],這一成果則借鑑了珊瑚的結構。

  在珊瑚進化的早期,珊瑚群落僅能生活在陽光充足的淺水區。但當進入更深的海洋之時,它們長出了凸起和突起,以便透過結構內的多次反射來改善光捕獲。

  研究人員透過對珊瑚進行三維掃描、光學分析、光線追蹤,並對這些珊瑚形態中的光捕獲效應進行建模,藉此模仿了不同長度的珊瑚形態,從而在不同尺度的珊瑚狀塗層中實現了光捕獲,藉此造出了一種太陽熱能接收器塗層,其具備堅固、耐用的特點。

  針對這些成果,研究人員表示:“目前我們正在和一些聚光太陽熱能電廠合作,將塗層應用在即將建成的接收器上,並將測試是否會因晝夜迴圈以及天氣突然變化引起熱膨脹和熱收縮。”

  參考資料:

  1.Guo, Y., Tsuda, K., Hosseini, S.et al. Scalable nano-architecture for stable near-blackbody solar absorption at high temperatures. Nat Commun 15, 384 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-023-44672-3

  2.Torres, J. F., Tsuda, K., Murakami, Y., Guo, Y., Hosseini, S., Asselineau, C. A., ... & Coventry, J. (2022). Highly efficient and durable solar thermal energy harvesting via scalable hierarchical coatings inspired by stony corals.Energy & Environmental Science, 15(5), 1893-1906.

  運營/排版:何晨龍

熱門資訊
  • 石頭洗地機登上春晚 同款產品售價僅2499元起 | 2024-02-11 06:06:37
  • 臺積電計劃將3nm月產能提高至10萬片晶圓,在日本追加建造第二座工廠 | 2024-02-11 06:25:21
  • 美國將啟動價值50億美元的研究中心 以在晶片競賽中保持領先地位 | 2024-02-11 06:26:53
  • 春節後小米14 Ultra、華為P70 Pro、尼康Z6 III集中登場,你選誰 | 2024-02-11 07:01:47
  • 即將到來的第六代iPad Air:更大螢幕 換M2 | 2024-02-11 07:01:50
  • 華為Mate X5亮相春晚,成功實力搶鏡! | 2024-02-11 07:01:56
  • 蘋果頭顯價格跳水,黃牛黨遭重創 | 2024-02-11 07:01:58
  • OPPO徹底發飆,釋出不足半年直降800元,12GB+256GB+20倍變焦 | 2024-02-11 07:02:02
  • 蘋果證實部分Apple Watch Series 9和Ultra 2觸控出現問題 | 2024-02-11 07:07:33
  • 體驗 Vision Pro 兩週,我們發現了空間計算的殺手級應用 | 2024-02-11 07:10:17
  • 華為或將推出Vision頭顯!4K Micro-OLED、350克,定價15000元左右【附頭顯行業預測】 | 2024-02-11 07:10:22
  • 索尼WF-1000XM5耳機評測:三年磨一劍,技術、舒適性與音質的完美融合 | 2024-02-11 07:10:24
  • 這個海灘為什麼是紅色的? | 2024-02-11 07:10:27
  • Sci Transl Med | 東南大學姚紅紅等團隊透過多組學方法,表徵缺血小鼠腦的分子和細胞結構 | 2024-02-11 07:10:30
  • 日均銷量15萬部!iPhone15成中國最暢銷手機,力壓華為mate60! | 2024-02-11 07:17:23
  • 三年獲三輪億元融資,支撐SCI 170篇,慧創醫療用近紅外光技術深度賦能腦科學 | 2024-02-11 07:17:34
  • 更高能的AI!三星Galaxy S24系列特色體驗解讀,驍龍助攻 | 2024-02-11 07:17:38
  • 手機殼還能液冷散熱?華為Mate 60系列微泵液冷殼,顛覆你的想象 | 2024-02-11 07:22:55
  • 華為Pocket 2開啟預約,麒麟晶片小摺疊屏,春節後正式釋出! | 2024-02-11 07:22:58
  • 英特爾欲從AMD手中搶奪半定製SoC業務,正在向微軟推銷全美國化方案 | 2024-02-11 07:23:01
  • 拓普龍M265-08儲存伺服器機箱:高品質、穩定可靠的儲存裝置 | 2024-02-11 07:33:19
  • 魅族21手機測評:如此好看的直屏小旗艦,系統很清爽 | 2024-02-11 07:46:59
  • 開源安全 U 盤 Ovrdrive 眾籌中,帶“自毀”功能 | 2024-02-11 07:56:20
  • 專訪“靜電紡絲之父”西拉姆:利用靜電紡絲技術製備高效能奈米纖維,為再生醫學等領域提供技術支援 | 2024-02-11 08:12:39
  • 中國為何豪賭Chiplet晶片技術? | 2024-02-11 08:12:42
  • NASA的“毅力號”火星車在最後停靠點發現了Ingenuity直升機 | 2024-02-11 08:37:18
  • 科學家利用等離子技術實現水淨化技術的變革 | 2024-02-11 08:40:15
  • 主線Linux核心對高通硬體的支援日益完善 | 2024-02-11 08:47:54
  • 摩爾定律失效後,能夠自我糾錯的量子計算機能接過下一棒嗎? | 2024-02-11 08:56:24
  • 30年後中國最可能主宰世界天空?美歐優勢不再,航空中心正在轉移 | 2024-02-11 09:00:09
最近發布
突發!TVB知名女星毫無預警宣佈與未婚夫分手,結束長達八年情 面對被黑,蘭姐強勢迴歸。小菲狀態好轉,發宣告。更多內幕揭曉! 中國男籃決戰日本隊,首發五人曝光,廣東隊大贏家,徐傑第一後衛 孫穎莎奪女單冠軍!採訪謙遜立足拼,劉國樑給中國選手頒獎笑開花 分析 馬威交易取消後的影響:湖人還有什麼選擇?只能等休賽期? 火箭vs猛龍前瞻:範弗裡特有望復出戰舊主,火箭欲終結六連敗 梅西轟動宏都拉斯!當地媒體:這是世紀體育盛事! 登記開啟!金中、29中、13中等校動了! 開年暴擊!南京又一家機構跑路了? TechInsights:AI PC未能提振筆記本市場 2024年僅增長5% 睡覺時突然腿抽筋,就是缺鈣?錯!還有這4個原因,別輕易忽視了 泡泡瑪特又贏麻了!此前被調侃是“境內最大的博彩公司” 再也不用扎手指!5億糖尿病患者有福了 傳《尼爾:機械紀元》續作、新《古墓麗影》今年公佈 有工作經驗的畫素畫師如何寫簡歷? 離譜!Xun被搶3條龍,JDG仍然獲勝!Peyz力挽狂瀾,WBG痛失好局 將耗死在國際空間站?59歲美滯留女宇航員求救:喪失重要身體機能 華為FreeClip耳機玫瑰金開售 開放式聆聽設計 CBA俱樂部杯-山西淘汰北控晉級4強 原帥18分 小紅書上移民的中產:曾經北京七套房, 羨慕海外一張床, 如今卻...... 不可抗力停課2天以上退一半保教費,佛山幼兒園收費新規釋出 紅棉襯醉美,2020番順醉美青餅評測 華為FreeClip耳夾耳機玫瑰金配色開售:1299元 64歲寧波老闆,跨界無數次,給員工發8億,即將擁有第三家IPO? 卡友資訊股東持股情況變動 廣州“城市合夥人”:城市與人才的雙向奔赴 有人說孫穎莎粉絲是飯圈文化的時候 卻有些人用真金白銀愛孫穎莎! 男生剪“短髮”髮型乾淨利落,試試這3款,剪完帥氣提升顏值! 7個臀部訓練最佳動作,打造迷人的蜜桃臀! 偉大的4-2!林詩棟奪冠:新科世界第1誕生、超越王楚欽,狂攬3冠 新疆完美了!新小外強於皮特森+黑根斯,承認補強大外良性競爭! 林詩棟奪男單冠軍!採訪大談不容易太謙遜,單獨拍照露出笑容! 國乒最新戰報!林詩棟第2局11-8,衝3冠王,梁靖崑救2局點仍輸球 替補奇兵!快船大將5記3分助隊贏球 哈登好幫手 爆冷!北控男籃吊打奪冠大熱門球隊,外援決定比賽的走向 官宣離任,胡明軒宣佈重要決定,廣東宏遠遺憾,杜鋒祝福 又一個賈德松!崔康熙看人很準,魯媒:卡約又要錯過中國聯賽了 劉國樑憔悴!黑眼圈很重,擋住蒯曼被提醒,孫穎莎王楚欽被裁判整 林詩棟逆轉梁靖崑奪冠,成就三冠王,綜合實力更加突出 CBA最新外援註冊資訊,遼籃4人,新疆補充新援,廣東男籃放棄萊斯 大滿貫收官獎金排名:林詩棟三冠60萬第1,孫穎莎第2王曼昱10萬第9 臺灣律師分析大S遺產劃分,S媽要錢得看汪小菲臉色,打臉光頭安排 臺媒曝大S家人鬆手,讓出撫養權給汪小菲,希望馬筱梅善待孩子 二線白酒暴雷,狼真的來了! 搭上比亞迪,自動駕駛獨角獸,利潤大增170%! 炸裂!外資吹響“加倉中國”集結號背後:科技格局重塑與資產重估 這波夢幻西遊副本積分兌換真是血虧,四賜福的山賊值得買嗎? 《星戰亡命之徒》高階美工又回到CDPR 開發《巫師4》 《哪吒2》登陸北美,首映禮現好萊塢!有觀眾哭花眼妝:特效超預期,買票靠搶 曝張蘭被封年損失近4億,麻六記絕地自救太壯觀,員工曬張蘭近況

©2024 時時頭條 版權所有

隱私政策 | 服務條款 | 聯繫我們