Китайські науковці розробили новий клас фототермічних співкристалів, що значно підвищують ефективність сонячних термоелектричних генераторів.
Група дослідників з Наньчанського університету, Університету Сучжоу та Нанкінського університету у Китаї використала радикал з відкритою оболонкою Br₂NDA у якості акцептора електронів для розробки та синтезу співкристалу с фототермічним перенесенням заряду —коронена-Br₂NDA (CBC).
Під час змішування коронена та Br₂NDA ці речовини утворюють голчасті мікрострижні за допомогою простого методу на основі розчину. Утворюється висококристалічна структура з вийнятковими властивостями до поглинання світла та перетворення його у теплову енергію.
За словами провідного автора дослідження, аспіранта з матеріалознавства у Нанкінському університеті Шен Чжо, співкристал з короненом за лічені секунди нагрівся до 86°С під дією ближнього інфрачервоного світла у 808 нм. Його ефективність фототермічного перетворення досягла 67,2%, що перевищило показники зареєстрованих раніше фототермічних матеріалів. При цьому кристал продемонстрував високу термічну стійкість і постійну продуктивність за результатами багатьох повторюваних циклів нагріву та охолодження.
«Серія складних аналізів, включаючи рентгенівську дифракцію, електронну дифракцію в обраній області, поглинання в УФ-видимому діапазоні, фотолюмінесценцію, інфрачервону Фур’є-спектроскопію і ядерний магнітний резонанс в твердому тілі надала переконливі докази сильної взаємодії заряду між COR і Br₂NDA», — зазначають дослідники.
Ретельне вивчення поведінки структур співкристала продемонструвало сильну взаємодію перенесення заряду між його компонентами. Дослідники виявили, що співкристал поглинав світло у широкому спектрі 350–1100 нм, демонструючи червоне зміщення порівняно з його окремими частинами, а також показав практично повне гасіння фотолюмінесценції як одне з ключових свідчень ефективних безвипромінювальних енергетичних переходів.
«Під впливом лазерного опромінення з довжиною хвилі 808 нм при потужності 0,367 Вт/см–2 підготовлений співкристал досяг рівноважної температури 86°С за кілька секунд. ККД в 67,2% був розрахований з використанням надійного методу, що перевершує багато органічних фототермічних матеріалів, про які повідомлялось до цього», — підкреслюють дослідники.
Для перевірки ефективності цього кристалу на практиці дослідники інтегрували його у прозору смолу для створення фототермічних чорнил, які потім можна буде нанести на поверхню термоелектричного генератора. При імітації сонячного опромінення, еквівалентного двом сонцям, генератор з цим покриттям нагрівся до 70,3°С і дав вихідну напругу у 209 мВ, що на 375% перевищує показники аналогічного генератора без покриття.
Пристрій також виявився багатообіцяючим в сфері комунікацій за допомогою світла. Модулюючи інтенсивність та тривалість лазерного променя, дослідники продемонстрували можливість відправляти закодовані сигнали, такі як абетка Морзе через ближнє інфрачервоне світло.
Результати дослідження опубліковані у журналі National Science Review
Джерело: Interesting Engineering