Termisk strålning är elektromagnetisk strålning som sänds ut av alla objekt med temperatur och mest representativt finns det solstrålningsspektrum som kommer in i jorden och orsakar växthuseffekten.
Att kontrollera och utnyttja den termiska strålningsenergin som emitteras från solenergi, termisk kraftgenerering och restvärme i industrianläggningar kan minska kostnaderna för elproduktion. Därför ökar intresset för teknik för styrning av strålningsspektrum inom områden som kylning, värmeavledning och energiproduktion.
Hittills har tekniken för styrning av strålningsspektrum främst använts i allmänna miljöförhållanden, men på senare tid behövs material som tål extrema miljöer som rymd, flyg och TPV-system.
Ett team under ledning av seniorforskaren Jongbum Kim vid Nanophotonics Research Center har utvecklat ett eldfast material för att kontrollera termiskt strålningsspektrum som bibehåller optiska egenskaper även vid höga temperaturer på 1 000°C i luftatmosfär och stark ultraviolett belysning. Studien publiceras i Advanced Science .
Teamet tillverkade lantan-dopad bariumstannatoxid ("LBSO") som en tunn film i nanoskala utan gitterpåkänning genom pulsad laseravsättning. Till skillnad från konventionella eldfasta ledande material som volfram, nickel och titannitrid, som lätt oxideras vid höga temperaturer, bibehöll LBSO-materialet sin prestanda även när det exponerades för höga temperaturer på 1 000°C och intensivt ultraviolett ljus på 9 MW/cm 2 .
Forskarna tillverkade sedan en termisk emitter baserad på en flerskiktsstruktur med hög spektral selektivitet i det infraröda bandet med hjälp av LBSO, och fann att flerskiktsstrukturen var stabil mot värme och ljus som med den tunna enskiktsfilmen, vilket bekräftar dess tillämpbarhet på TPV-kraftgenerering teknologi. LBSO-materialet gör att värmestrålning kan överföras till PV-cellen utan några ytterligare metoder för att förhindra att den oxiderar i kontakt med luft.
"Som ett alternativ till förnybar energi från sol och vind, vars elproduktion varierar beroende på vädret, uppmärksammas miljövänlig termoelektrisk kraftgenereringsteknik som använder strålningsenergi från solen och högtemperaturmiljöer för att generera el", säger KIST seniorforskare Jongbum Kim. "LBSO kommer att bidra till att ta itu med klimatförändringarna och energikrisen genom att påskynda kommersialiseringen av termoelektrisk kraftproduktion."
Forskarna förväntar sig att LBSO inte bara kan tillämpas på termoelektrisk kraftgenereringsteknik och återvinning av spillvärme från industriell utrustning, utan också på teknik för att hantera värme som genereras genom exponering för och absorption av starkt solljus i extrema miljöer som rymd- och flyg, som t.ex. den är mycket resistent mot UV-exponering.
Mer information: 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
Journalinformation: Avancerad vetenskap
Tillhandahålls av National Research Council of Science and Technology
