Forskere udvikler termisk strålingskontrollerbart epsilon-nær-nul materiale, der kan modstå ekstreme miljøer

Termisk stråling er elektromagnetisk stråling, der udsendes af alle objekter med temperatur, og mest repræsentativt er der solstrålingsspektret, der kommer ind i Jorden og forårsager drivhuseffekten.

Kontrol og udnyttelse af den termiske strålingsenergi, der udsendes fra solenergi, termisk elproduktion og restvarme på industrianlæg, kan reducere omkostningerne ved elproduktion. Derfor er interessen for teknologi til styring af strålingsspektrum stigende inden for områder som køling, varmeafledning og energiproduktion.

Indtil nu har strålingsspektrumkontrolteknologi hovedsageligt været brugt under generelle miljøforhold, men for nylig er der brug for materialer, der kan modstå ekstreme miljøer såsom rumfart, luftfart og TPV-system.

Et team ledet af seniorforsker Jongbum Kim ved Nanophotonics Research Center har udviklet et ildfast materiale til styring af termisk strålingsspektrum, der bevarer optiske egenskaber selv ved høje temperaturer på 1.000°C i luftatmosfære og stærk ultraviolet belysning. Undersøgelsen er offentliggjort i Advanced Science .

Holdet fremstillede lanthan-doteret bariumstannatoxid ("LBSO") som en tynd film i nanoskala uden gitterbelastning ved pulseret laseraflejring. I modsætning til konventionelle ildfaste ledende materialer såsom wolfram, nikkel og titaniumnitrid, som let oxideres ved høje temperaturer, bibeholdt LBSO-materialet sin ydeevne, selv når det blev udsat for høje temperaturer på 1.000°C og intenst ultraviolet lys på 9 MW/cm ² .

Forskerne fremstillede derefter en termisk emitter baseret på en flerlagsstruktur med høj spektral selektivitet i det infrarøde bånd ved hjælp af LBSO og fandt ud af, at flerlagsstrukturen var stabil over for varme og lys som med enkeltlags tyndfilm, hvilket bekræfter dens anvendelighed til TPV-energiproduktion teknologi. LBSO-materialet gør det muligt at overføre termisk stråling til PV-cellen uden yderligere metoder til at forhindre den i at oxidere i kontakt med luft.

"Som et alternativ til vedvarende sol- og vindenergi, hvis elproduktion varierer afhængigt af vejret, vinder miljøvenlig termoelektrisk elproduktionsteknologi, der bruger strålingsenergi udsendt af solen og højtemperaturmiljøer til at generere elektricitet, opmærksomhed," sagde KIST seniorforsker Jongbum Kim. "LBSO vil bidrage til at håndtere klimaændringer og energikrisen ved at fremskynde kommercialiseringen af ​​termoelektrisk elproduktion."

Forskerne forventer, at LBSO ikke kun kan anvendes til termoelektrisk energiproduktionsteknologi og genanvendelse af spildvarme fra industrielt udstyr, men også til teknologi til håndtering af varme, der genereres ved eksponering for og absorption af stærkt sollys i ekstreme miljøer såsom rumfart og luftfart, som f. den er meget modstandsdygtig over for UV-eksponering.

Flere oplysninger: Hyebi Kim et al., Perovskite Lanthanum-Doped Barium Stannate:A Refractory Near-Zero-Index Material for High-Temperature Energy Harvesting Systems, Advanced Science (2023). DOI:10.1002/advs.202302410

Journaloplysninger: Avanceret videnskab

Leveret af National Research Council of Science and Technology