Китайские ученые разработали новый класс фототермических сокристаллов, которые значительно повышают эффективность солнечных термоэлектрических генераторов.
Группа исследователей из Наньчанского университета, Университета Сучжоу и Нанкинского университета в Китае использовала радикал с открытой оболочкой Br₂NDA в качестве акцептора электронов для разработки и синтеза сокристалла с фототермическим переносом заряда — коронена-Br₂NDA (CBC).
При смешивании коронена и Br₂NDA они образуют игольчатые микростержни с помощью простого метода на основе раствора. Образуется высококристаллическая структура с исключительными свойствами к поглощению света и преобразованию его в тепловую энергию.
По словам ведущего автора исследования, аспиранта по материаловедению в Нанкинском университете Шен Чжо, сокристалл с короненом за считанные секунды нагрелся до 86°С под действием ближнего инфракрасного света в 808 нм. Его эффективность фототермического преобразования достигла 67,2%, что превысило показатели зарегистрированных ранее фототермических материалов. При этом кристалл продемонстрировал высокую термическую устойчивость и постоянную производительность по результатам многих повторяющихся циклов нагрева и охлаждения.
«Серия сложных анализов, включая рентгеновскую дифракцию, электронную дифракцию в выбранной области, поглощение в УФ-видимом диапазоне, фотолюминесценцию, инфракрасную Фурье-спектроскопию и ядерный магнитный резонанс в твердом теле предоставила убедительные доказательства сильного взаимодействия заряда между COR и Br₂NDA», — отмечают исследователи.
Тщательное изучение поведения структур сокристалла продемонстрировало сильное взаимодействие переноса заряда между его компонентами. Исследователи обнаружили, что сокристалл поглощал свет в широком спектре 350-1100 нм, демонстрируя красное смещение по сравнению с его отдельными частями, а также показал практически полное гашение фотолюминесценции как одно из ключевых свидетельств эффективных безызлучательных энергетических переходов.
«Под воздействием лазерного облучения с длиной волны 808 нм при мощности 0,367 Вт/см–2 подготовленный сокристалл достиг равновесной температуры 86°С за несколько секунд. КПД в 67,2% был рассчитан с использованием надежного метода, превосходящего многие органические фототермические материалы, о которых сообщалось до этого», — подчеркивают исследователи.
Для проверки эффективности этого кристалла на практике исследователи интегрировали его в прозрачную смолу для создания фототермических чернил, которые затем можно будет нанести на поверхность термоэлектрического генератора. При имитации солнечного облучения, эквивалентного двум солнцам, генератор с этим покрытием нагрелся до 70,3°С и дал выходное напряжение в 209 мВ, что на 375% превышает показатели аналогичного генератора без покрытия
Устройство также оказалось многообещающим в сфере коммуникаций с помощью света Модулируя интенсивность и продолжительность лазерного луча, исследователи продемонстрировали возможность отправлять закодированные сигналы, такие как азбука Морзе через ближний инфракрасный свет.
Результаты исследования опубликованы в журнале National Science Review
Источник: Interesting Engineering