能控制異塵餘生？探索控制熱異塵餘生的新方法！

當科學家試圖把事情做得更好時，他們往往會求助於一個標準規則，試圖推翻或修正它。一個使用勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)獨特分子鑄造廠的研究人員聯盟正著手利用普朗克定律。普朗克定律是量子理論基礎，普朗克定律指出，來自受熱物體的電磁異塵餘生分布在很寬的波長和角度範圍內。然而，馬克斯·普朗克本人指出，如果發射物體的特徵尺寸小於熱波長(室溫下約為10微米)，那麽發射能量分布將明顯偏離他的定律。

隨著微型和納米技術的出現，製造普朗克定律不適用的材料變得很容易。研究人員開始確定與普朗克定律的偏差，以便了解基於納米和微觀結構幾何的技術受到這種影響。設想一種蓄熱材料，它將電能轉化為熱能，然後將其異塵餘生到光伏電池，以便在需要時將電能收回。從蓄熱體中獲得的異塵餘生發射極可以由納米結構製成，以最大限度地提高性能。另一個例子是在高溫納米幾何熱電學領域，高溫余熱轉化為電能。

從這些納米尺度特徵來理解異塵餘生是很重要的，因為異塵餘生是高溫下熱泄漏的主要來源，會導致熱電轉換效率降低。像這樣的研究是美國國家實驗室的重點，研究人員提出的問題和做實驗可能無法支持早期工業。像分子鑄造這樣的科學用戶設施也有助於這類研究。分子鑄造是美國能源部資助的納米科學研究實體，它為來自世界各地的用戶提供了在多學科協作環境中獲取尖端專業知識、儀器和建模工具的途徑。在這種情況下，研究人員使用分子鑄造中可用的異塵餘生模型來模擬矽玻璃(一種極性介電材料)矩形納米帶的熱異塵餘生。

該模型是在美國國家能源研究科學計算中心(NERSC)的超級計算機上完成，NERSC是美國能源部設在伯克利實驗室的另一個用戶設施。研究人員之一Ravi Prasher說：還沒有人研究過納米幾何的相對行為，特別是各向異性納米幾何，即橫向呈矩形的納米結構。這種早期能源轉換的實際應用對許多可再生能源的應用都很重要，例如集中太陽能發電、海水淡化、熱化學反應、水加熱和蓄熱，其研究發表在《自然通訊》(Nature Communications)上。

博科園-科學科普｜研究/來自: 勞倫斯伯克利國家實驗室

參考期刊文獻:《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-019-09378-5

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