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浸大王树仁教授领导团队研发新型纳米结构涂层 采用金属十字形结构提升航天器太阳能发电效率

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「光子超材料吸收器」以「纳米十字形」为设计主轴,透过在太空收集所得的太阳光转化为局部热能,扩大热电发电机的温差,为微型太空船及自主太空感测器等提供更强的电力供应

 

航天任务往往需具备一个能持续运作数年甚至数十年,以及极低甚至零维修的发电系统。由於热电发电机能够直接将温差转化为电能,且不含任何移动零件,因而备受航天领域广泛使用。不过,热电发电机的电能产出会随温差变小而下降,正是其现时的主要限制。

 

由香港浸会大学物理系王树仁教授带领的研究团队,成功研发出一种名为「光子超材料吸收器」(PtMM)的全新纳米结构涂层,有望解决现时热电发电机在航天领域面对的挑战。这项技术采用与工业兼容的超薄材料,涂层表面布满细小的金属十字形结构。有别於让太阳光反射流失,此涂层的表面设计能有效收集及锁住太阳光,将其转化为集中局部热能,并输送至热电装置中的热端。研究结果显示,这项技术成功扩大热电装置中的热端和冷端之间的温差,增加电能产出。同时,在经改良后的「纳米十字形」设计下,涂层在可见范围内的最高吸光率高达99%,而平均吸光率亦超过 95%。

 

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展示了在义大利理工学院(IIT)利用电子束光刻技术制造 NC-PtMM 几何形状的图案化可行性(几何可行性)

 

是次研究在无需重新设计热电材料的情况下,为微型卫星、行星著陆器及自主太空感测器等微型航天技术的发电功能,提供崭新和实际的研发方向。此外,由於研究概念建基於标准薄膜材料与微加工技术路线,这亦有助推动相关技术在未来从模拟测试和设计,走向实际测试及太空应用。

 

该研究已於国际权威学术期刊《物理化学化学物理》Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) 上发表:Near-unity broadband photonic metamaterial absorber for thermoelectric energy harvesting in Space