高熵材料的多主元設(shè)計(jì)為功能材料的研究與應(yīng)用提供了平臺(tái)。高熵材料豐富的結(jié)構(gòu)特征和廣闊的成分空間，允許通過精確選擇元素組合來調(diào)控材料的電子結(jié)構(gòu)，從而調(diào)整費(fèi)米能級(jí)附近的電子態(tài)密度，促進(jìn)d-d帶間躍遷，對(duì)于開發(fā)高效光熱轉(zhuǎn)換材料具有重要意義。

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所資源化學(xué)與能源材料研究中心研究員高祥虎團(tuán)隊(duì)致力于高熵氮化物薄膜的設(shè)計(jì)制備和光熱轉(zhuǎn)換性能研究。然而，高熵光譜選擇性吸收涂層的光熱機(jī)制尚不明確。

基于此前關(guān)于高熵氮化物光吸收材料的研究成果，為滿足聚光太陽能系統(tǒng)高溫工況下的應(yīng)用需求，研究人員選擇了構(gòu)成元素，并探討了高熵設(shè)計(jì)對(duì)材料電子結(jié)構(gòu)的影響。研究顯示，高熵氮化物的復(fù)雜能帶結(jié)構(gòu)提高了費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度。同時(shí)，平坦的能帶結(jié)構(gòu)拓寬了材料的太陽能吸收范圍，增強(qiáng)了帶間躍遷效應(yīng)，提升了材料的太陽能吸收性能。

該團(tuán)隊(duì)通過反應(yīng)磁控濺射法制備出由高熵氮化物吸收層和氮化硅減反射層組成的雙層光譜選擇性吸收涂層。該涂層在太陽光譜波段表現(xiàn)出92.7%的吸收率，在紅外波段的熱發(fā)射率僅為8.4%。在1 kW·m-2模擬太陽光輻照條件下，涂層表面溫度在10分鐘內(nèi)可達(dá)到83.3°C；在戶外應(yīng)用中，該涂層的平衡溫度與非選擇性涂層的平衡溫度差異達(dá)到21°C，展現(xiàn)出優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率和光譜選擇性。同時(shí)，得益于高熵效應(yīng)和緩慢擴(kuò)散效應(yīng)帶來的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，該涂層在750°C退火后仍保持出色的光學(xué)性能。該涂層憑借光熱轉(zhuǎn)換能力、熱穩(wěn)定性和易于規(guī)模化生產(chǎn)的雙層結(jié)構(gòu)，在提升槽式聚光發(fā)電系統(tǒng)效率方面具有重要意義。

圖片:W020240925622520374256.png

涂層的熱穩(wěn)定性和光熱轉(zhuǎn)換效率評(píng)估

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到中國(guó)科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃和甘肅省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202204817