研究人员开发了一种能将热转化为光的装置

碳纳米管可能只是一种使太阳能电池板和其他任何通过热量损失能量的设备更加高效的设备。由Gururaj Naik和Junichiro Kono领导的莱斯大学科学家正在设计排列的单壁碳纳米管阵列，以引导中红外辐射并提高太阳能系统的效率。

他们的发明是一种双曲型热发射器，它可以吸收原本会喷射到大气中的强烈热量，将其压缩到一个狭窄的带宽内，并将其以可转化为电能的光的形式发射出去。

这一发现基于Kono团队在2016年的另一项发现，当时他们发现了一种简单的方法，可以制造高度对齐的、由紧密排列的纳米管组成的晶圆级薄膜。奈克于2016年加入莱斯大学，在与奈克的讨论中，他们想看看这些薄膜是否可以用来引导“热光子”。

莱斯大学研究生克洛伊·多伦(Chloe Doiron)与人合作领导了一个项目，该项目创造了一种通过对齐的碳纳米管薄膜将废热回收为电能的装置。图片来源:Chloe Doiron/莱斯大学[/caption]

他说:“现在将热能转化为电能的最有效方法是使用涡轮机，用蒸汽或其他液体来驱动它们。”“它们可以提供近50%的转换效率。没有什么能让我们接近这个目标，但这些系统并不容易实施。”Naik和他的同事们的目标是用一个没有活动部件的紧凑系统来简化任务。

排列整齐的纳米管薄膜是吸收废热并将其转化为窄带宽光子的导管。因为纳米管中的电子只能在一个方向上移动，所以对齐的薄膜在这个方向上是金属的，而在垂直方向上是绝缘的，奈克将这种效应称为双曲色散。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:“我们不是直接从热转化为电，而是从热转化为光再转化为电。”“看起来两级比三级效率更高，但在这里，情况并非如此。”

Naik说，在标准太阳能电池中添加发射器可以将其效率从目前约22%的峰值提高。他说:“通过将所有浪费的热能压缩到一个小的光谱区域，我们可以非常有效地将其转化为电能。”“理论上预测，我们可以达到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°C的温度。Naik的团队建造了概念验证设备，允许他们在高达700°C的温度下工作，并确认他们的窄带输出。为了制造它们，研究小组在芯片大小的薄膜中设计了亚微米级的空腔阵列。

Naik说:“有一组这样的谐振器，每个谐振器都在这个狭窄的光谱窗口中发射热光子。”“我们的目标是使用光伏电池收集它们并将其转化为能量，并证明我们可以高效地做到这一点。”

莱斯大学

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