易游米乐yy:深圳大学陈光亮、杜春雨AFM：折纸结构热电器材完成昼夜接连太阳能搜集输出功能创新高

来源：易游米乐yy    发布时间：2025-09-16 14:41:54

 yy易游app下载:

	  跟着物联网（IoT）技能的加快速度进行开展，全球数十亿低功耗传感器节点的动力需求日渐增加，传统电池供电方法存在保护本钱高、可继续性差等问题。太阳能热电发电机（STEG）可以将修建外表吸收的太阳能转化为电能，为散布式传感器供给自主动力，但其功能受限于温度梯度（ΔT）的树立与保持。现有STEG结构多为平面或笔直布局，存在热丢失严峻、光学搅扰显着等问题，限制了其实践运用潜力。


	  近来，深圳大学陈光亮教授、杜春雨副研讨员团队开宣布一种根据折纸结构的辐射调制型太阳能热电发电机，成功将被迫辐射冷却（PRC）与选择性太阳能吸收（SSA）层集成于可折叠器材中，完成了昼夜接连的能量搜集。该器材在规范太阳光强度下可完成46.5 K的温度梯度与4.7 W/m²的功率密度，功能显着优于以往报导的STEG设备。相关论文以“”为题，宣布在Advanced Functional Materials上，论文榜首作者为Sun Qi。


	  图1. STEG设备示意图与辐射调制原理 a) 折纸STE器材结构示意图 b) PRC薄膜与SSA薄膜之间ΔT的构成原理示意图


	  研讨团队首要制备了具有高太阳反射率（Rsolar=96.1%）和中红外发射率（eMIR=92.7%）的多孔PRC薄膜，以及具有高太阳吸收率（esolar=98.2%）和低中红外发射率（eMIR=6.3%）的SSA薄膜。两者在室内外测验中表现出优异的热调理才能，白日最大ΔT达57.9 K，夜间仍能保持3.6 K的温差，具有继续作业的潜力。


	  图2. PRC与SSA薄膜的表征 a) PRC薄膜（i）和SSA薄膜（ii）的结构示意图 b) PRC薄膜的反射率与发射率光谱，插图中红域为规范化AM1.5太阳光谱，蓝域为大气通明窗口 c) PRC薄膜在15–75°入射角下的反射率散布 d) 白日的净冷却功率 e) SSA薄膜的吸收率与发射率光谱 f) SSA薄膜在不同入射角下的太阳吸收率 g) 在1 sun光照下SSA层、黑漆、PRC层和白漆的温度丈量成果 h) PRC和SSA薄膜在1 sun光照下的8次加热-冷却循环测验 i) PRC和SSA薄膜的实时野外温度丈量成果


	  经过将p型与n型碳纳米管（CNT）热电薄膜替换印刷于柔性纸质基底，并沿预规划折痕折叠成三维结构，团队构建出具有替换凹凸面的折纸热电发电机。该结构不只完成了热端的有用阻隔，还使PRC与SSA层能一起面向太阳，防止彼此遮挡。试验标明，在60 K的温差下，12对热电偶的器材开路电压达56.4 mV，功率密度为8.4 W/m²，且在700次折叠循环后仍保持稳定的电输出。


	  图3. 折纸TEG的热电功能 a) 输出电压随折叠视点和ΔT的改变 b) 输出电压随热电偶对数和ΔT的改变 c) 输出电压随温度的改变联系 d) 短路电流与输出电压在ΔT为10–60 K时的改变 e) 输出功率与输出电压在ΔT为10–60 K时的改变 f) 外部电阻与输出功率在ΔT为10–60 K时的改变 g) 功率密度和归一化功率密度随ΔT的改变 h) 循环折叠条件下的电压改变 i) 循环曲折条件下的电阻改变


	  凭借COMSOL多物理场仿真，团队进一步剖析了器材在不同折叠视点下的热场与电势散布。模仿成果为，90°折叠时ΔT最高达36.7 K，开路电压为32 mV，与试验数据符合。与传统铝箔和黑漆涂层比较，光谱选择性资料带来的温差提高达11.9 K，凸显其优势。


	  图4. 折纸STE器材的COMSOL有限元模仿 a) 不同εsolar的SSA薄膜发射光谱与不同Rsolar的PRC薄膜反射光谱 b) 不同PRC的Rsolar和SSA的εsolar下的温度散布图 c) 90°折叠时STE器材的模仿温度场 d) 运用铝箔（冷端）与黑漆（热端）的温度场比照剖析 e) 90°折叠时STE器材的模仿电势场 f) 不同折叠视点（30°、60°、90°）下的ΔT与电压改变


	  在实践器材测验中，折纸STEG在模仿太阳光下表现出40.2 mV的开路电压，显着高于仅运用PRC或SSA的装备。其输出电压随光照强度呈份额增加，在1 sun光照下达41.6 mV，且在不同入射角下仍具杰出适应性。野外实测中，器材在白天峰值电压为28.1 mV，夜间仍能输出7.7 mV，完成了全天候接连发电。


	  图5. 折纸STE器材在模仿AM 1.5G氙灯照射下的输出功能 a) 制备的折纸STE器材示意图 b) 室内检测体系示意图 c) 折纸STE器材的红外热成像图 d) PRC与SSA层对输出电压的影响 e) 不同结构STE器材的输出电压比照 f) 在不同太阳光强度（0.6–1.2 sun）和入射角下的电压输出 g) 循环测验中ΔT与输出电压的改变 h) 在1.0 sun光照下的功率、电压与电流特性 i) 不同太阳辐照度下STE器材的ΔT与以往报导数据的比照


	  此外，该折纸结构展现出杰出的机械柔性与可扩展性，可贴合圆柱、墙角等非平面外表作业，适用于修建外墙、管道等多种场景。预算标明，1平方米的折纸STEG可集成约840对热电偶，折叠后占用面积削减74.3%，在46.5 K温差下可完成2.90 V开路电压和11.98 W/m²的功率密度，具有大规模运用远景。


	  图6. 折纸STE器材的运用展现 a) 野外输出电压丈量示意图 b) 折纸STE器材的实时电压输出曲线，插图为夜间输出 c) 修建房顶能量搜集模型中的STE器材示意图 d) 折纸STE器材在非平面外表的能量搜集（i圆柱面，ii倾斜面） e) 折纸STE器材的可扩展性展现


	  该研讨经过奇妙的折纸结构规划与光谱调控战略，成功完成了高效、接连、可扩展的太阳能热电转化，为修建一体化动力搜集和低功耗物联网设备的自供电供给了新的技能途径。