高辐射、抗热稳定的高功率密度热光致动力系统发射体
材料科学
2025-05-26 v2
摘要
热力学辐射能量传输是高温能源采集技术的关键环节，包括热光致动力系统(TPV)和网格级热能储存。然而，传统高温材料固有的低辐射性约束了辐射能量传输，从而限制了系统性能和技术经济性。本文演示了超快亚秒激光-材料相互作用，将多种材料转化为辐射率超过0.96的近黑体表面。这种增强源于层次化工程的光捕获微结构，富含纳米级特征，有效地将表面光学性质与bulk热力学性质分离。这些激光黑化表面(LaBS)表现出卓越的热稳定性，在超过1000{\deg}C的温度下，甚至在氧化环境下，仍能保持高辐射性超过100小时。当用作TPV热光致动力发射体时，Ta型LaBS将电功率输出从2.19 W cm-2提高到4.10 W cm-2（在2200{\deg}C），同时维持TPV转换效率超过30%。这种灵活的、 largely material-independent的技术为先进的热能应用提供了可扩展且经济可行的提升辐射性路径。
引用
@article{arxiv.2503.13803,
title = {High emissivity, thermally robust emitters for high power density thermophotovoltaics},
author = {Minok Park and Shomik Verma and Alina LaPotin and Dustin P. Nizamian and Ravi Prasher and Asegun Henry and Sean D. Lubner and Costas P. Grigoropoulos and Vassilia Zorba},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.13803},
year = {2025}
}
备注
20 pages, 6 figures