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MIT陈刚院士团队制备高透明、低散射气凝胶 捕集太阳光有一套

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发表于 2019-7-7 11:04:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
地球大气中的温室效应为自然界万物提供了良好的生存环境。然而,随着人类大量使用化石燃料,原本有利于万物生存的温室效应被不断加剧,导致全球变暖和气候异常变化。在工程设计领域,研究者利用温室效应提高地面能量转换过程中的效率,实现太阳光中热能的捕集。其中,中温段热能的需求量极高。有报道称,美国每年消耗的中温热能超过627 TWh,甚至高于2016年美国所有可再生能源产生的发电量。目前,捕集该温度范围内的能量仍依靠昂贵的光学浓缩器、选择性曲面和真空外壳等,工艺成本高,且捕集效率不佳。

基于此背景,近日,美国麻省理工学院的陈刚院士团队在国际著名刊物《ACS Nano》上发表了名为“Harnessing Heat Beyond 200 °C from Unconcentrated Sunlight with Nonevacuated Transparent Aerogels”的论文。研究者以硅酸甲酯为原料,通过溶胶-凝胶聚合法制备了具有纳米结构的硅气凝胶,该气凝胶具备高的光学透过性、低的光散射能力。将其覆盖于黑体吸收器上作为温室腔体,由于其气凝胶层本身可有效抑制由于传导、对流和辐射引起的热损失,即使在一个非集中的太阳光环境中,黑体吸收器处温度可超过265 ℃,此外,通过实验结合理论模拟得出装置的光热转换效率在200 ℃下仍能长期保持在50%以上,展现了优异的太阳光捕集性能,工作原理及装置如图1,2所示。

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图1.装置捕集太阳光原理图

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图2. 装置户外使用照片

该工作通过研究温室效应形成机理出发,构筑了成本较低的含高透过、低散射能力的硅气凝胶装置,高效捕集太阳光中的中温段能量,有望满足工业热的大规模需求,也为减少温室气体排放提供了一条切实可行的途径。

本文封面图来源于图虫创意
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