Nature子刊：耐热纳米光子材料可以帮助将热转化为电

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据悉，一种新型纳米光子材料打破了高温稳定性的记录，有可能带来更高效的电力生产，并为热辐射的控制和转换开辟了多种新的可能性。

显微图像显示，材料热处理前后没有明显的降解。来源：Andrej Lenert, University of Michigan

由University of michigan领导的化学和材料科学工程师团队开发的这种材料，可以控制红外辐射的流动，在2000华氏度的空气中保持稳定，比现有方法改进了近两倍。

这种材料利用一种被称为破坏性干涉的现象来反射红外能量，同时让更短的波长通过。通过将红外波反射回系统，这可能会减少热光伏电池的热浪费。热光伏电池将热量转化为电能，但不能使用红外能量。该材料还可用于光学光伏、热成像、环境屏障涂层、传感、红外监视设备伪装和其他应用。

超高温稳定和光学可调谐BZHO/MgO光子晶体的设计准则。

“这类似于蝴蝶翅膀利用波的干扰来获得它们的颜色。蝴蝶的翅膀是由无色材料组成的，但这些材料的结构和图案在某种程度上吸收了一些波长的白光，但反射了其他波长的光，产生了彩色的外观，”密歇根大学化学工程助理教授Andrej Lenert说，他是《Nature Nanotechnology》杂志上这项研究的共同通信作者。

该团队结合化学工程和材料科学专业知识开发了该解决方案。Lenert的化学工程团队开始寻找即使开始融化也不会混合的材料。

热管理和TPV应用的发射光谱控制。

Lenert表示，实验的目标是找到一种材料，既能保持清爽，又能以他们想要的方式反射光线，即使在温度非常高的情况下。“所以我们寻找晶体结构非常不同的材料，因为它们往往不想混合。”

他们假设，岩盐和钙钛矿的组合符合要求。密歇根大学和弗吉尼亚大学的合作者用超级计算机进行了模拟，以确认这种组合是一个很好的赌注。

该研究的共同通讯作者、密歇根大学材料科学与工程助理教授John Heron和材料科学与工程博士生Matthew Webb使用脉冲激光沉积技术小心地沉积了材料，以实现具有光滑界面的精确层。为了使材料更加耐用，他们使用氧化物而不是传统的光子材料;氧化物可以更精确地分层，在高温下不太可能降解。

高温纳米光子学材料筛选。

“在之前的研究中，传统材料在高温下氧化，失去了有序的分层结构。”Heron说，“但当你开始使用氧化物时，这种降解基本上已经发生了。这提高了最终分层结构的稳定性。”

该研究的第一作者、密歇根大学材料科学与工程专业的博士生Sean McSherry在测试证实了这种材料的设计效果后，使用计算机建模确定了数百种其他可能也有效果的材料组合。虽然这项研究中所测试的材料的商业应用可能还需要数年时间，但核心发现开辟了一条研究其他各种纳米光子材料的新路线，可以帮助未来的研究人员开发一系列用于各种应用的新材料。

BZHO/MgO超晶格的热稳定性演示。

来源：Nanophotonic control of thermal emission under extreme temperatures in air, Nature Nanotechnology (2022). DOI: 10.1038/s41565-022-01205-1