近期，中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所智能微納器件研究室研究員王振洋團隊在太陽能光熱轉換與熱能存儲利用方面取得新進展。

　　太陽能光熱應用是利用太陽能最簡單、最直接、最有效的途徑之一。然而，由于其到達地球后能量密度較小又不連續，很難進行大規模的開發利用。長期以來，如何將低品位的太陽能轉換成高品位的熱能，并對太陽能進行富集，以便最大限度地利用太陽能，成為研究者關心的問題，也一直是國際上十分關注的研究課題。近期，王振洋團隊根據具有等離子體效應的納米顆粒可以快速高效實現光熱轉換的特點，利用相變材料吸放熱的特色，結合金屬顆粒的等離子效應，將兩者有機結合，制備出高透光率的薄膜材料。該薄膜材料既具有高效光熱轉換能力，同時又具有定溫、熱存儲與釋放功能。相關研究成果發表在《太陽能材料與太陽能電池》上（Solar Energy Materials and Solar Cells, DOI:10.1016/j.solmat.2017.02.017）。該材料優異的光熱轉換性能，可以廣泛應用在光熱發電器件、農業蔬菜大棚的保溫等相關領域，目前已申請相關國家專利。

　　近年來，王振洋團隊一直致力于太陽能光熱轉換與熱能存儲利用方面的研究。例如，在可控儲放熱研究方面，為了確保儲熱放熱功能的實現，王振洋團隊提出了納米界面限域的策略，將水合鹽限域在尺度小于水分子擴散自由程的納米空間中，解決了相分離問題。同時，巨大的氧化硅界面也為無機鹽提供充足的形核質點，在降溫過程中促進其結晶凝固，克服了過冷。這種納米限域復合體系具有良好的循環使用性能，即使循環100次以上也不會出現儲熱性能的衰減（J. Phys. Chem. C, 2011, 115:20061）。在實現儲放熱功能的基礎上，還必須控制其何時儲熱、何時放熱。因此，王振洋團隊設計了芯殼結構的納米復合相變體系，通過調節界面相互作用，實現了棕櫚酸相變溫度的大幅度調節，最高降低溫度可達50oC，這是迄今為止所報道的最大降低幅度（Sol. Energ. Mat. Sol. C., 2012, 98:66; RSC Adv., 2013, 3:22326）。王振洋團隊還將相變材料聚乙二醇（PEG）限域在氧化石墨烯的層間，通過改變層間距，實現了其凝固溫度的連續調節。對相變儲熱而言，凝固對應于放熱，這為實現可控的放熱提供了可能（J. Mater. Chem., 2012, 22:20166）。針對可控熱存儲實際應用時的儲熱能力問題，王振洋團隊設計納米芯殼結構復合相變體系，通過在界面引入氫鍵網絡，在相變過程引入了氫鍵的形成與斷裂，進而提高了相變熱焓值，與純相變材料相比，有效熱焓值從273J/g增加至374J/g，增加幅度為36.9%，有效提高了儲熱能力（J. Phys. Chem. C, 2013, 117:23412）。

　　此外，王振洋團隊以廢熱富集、高效轉換利用為導向，通過器件的系統集成，研制了基于廢熱發電的熱電轉換器件。科研人員通過高溫蒸發和室溫下空氣中干燥的方法合成了一種新穎石墨烯和相變材料的復合材料，其中的石墨烯以三維網絡狀結構被組裝在相變材料聚乙二醇（PEG）基質中，為材料進行快速熱傳導提供了良好的通路。另外，該團隊首次證明G-PEGs的熱收集和存儲并為熱電設備提供熱源的能力。G-PEGs提供熱流通過熱電設備快速發電，可以點亮LED燈珠（Nanoscale, 2015, 7:10950；RSC Adv., 2017, 7:10683）。該工作并被Atlas of Science網站以《不用電池來點亮小手電》(Lighting up a flashlight without batteries)為題進行了相關報道，引起了同行們關注。

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金和合肥物質科學技術中心重要項目培育基金等的支持。

太陽能光熱轉換與熱能存儲利用研究