太陽能轉換是對納米技術影響重大的領域。多種光譜技術用于探測納米粒子的特性和應用。來自中國的研究人員最近發表了一篇關于用于太陽能轉換的碲納米顆粒的文章。他們采用拉曼光譜、紫外可見吸收光譜和暗場散射光譜來了解顆粒特性。該研究發表在Laser Focus World上，文章如下：

至少在過去十年中，“太陽能熱”技術(利用陽光將水轉化為蒸汽來驅動電動渦輪機或進行海水淡化)對投資界來說非常有利。大約六年前，萊斯大學的研究人員將一些納米顆粒添加到冷水中，并將混合物暴露在陽光下時能夠產生蒸汽，納米顆粒開始進入太陽能熱游戲。

從那時起，現在所謂的光熱轉換領域的許多工作都轉向了等離子體激元領域，該領域利用光子撞擊金屬表面時產生的電子波。然而，生產等離子體納米結構肯定不像僅僅在水中添加一些納米顆粒那么簡單。

現在，中國的研究人員將納米粒子添加到水中的便利性與等離子體激元相結合，創造了一種光熱轉換過程，該過程超越了之前報道的所有等離子體或全電介質納米粒子。中山大學(中國廣州)的研究人員在《科學進展》雜志上展示了他們聲稱的第一種在暴露于陽光下時同時具有類等離子體和全介電特性的材料。

該研究的合著者、中山大學教授 GW Yang 表示，實現這種組合的關鍵是使用碲 (Te) 納米粒子，它具有獨特的光學二象性。

通過將這些納米顆粒分散到水中，在太陽輻射下水的蒸發率提高了三倍。這使得可以在 100 秒內將水溫從 29 攝氏度升高到 85 攝氏度。

“當 Te 納米顆粒小于 120 納米時，它的性能類似于等離子體納米顆粒，而當這些納米顆粒大于 120 納米時，它的性能就像高折射率全電介質納米顆粒，”Yang 說。Te 納米粒子之所以能夠實現這種二元性，是因為它們具有較寬的尺寸分布(從 10 到 300 nm)。這種增強的吸收可以覆蓋整個太陽輻射光譜。

Te納米顆粒的另一個特性是，當它被陽光激發時，激發能完全轉移到載流子(電子和空穴)上。這使得載流子失去平衡并進入更高溫度的特殊動量狀態。”

楊解釋說，隨著系統向平衡演化，這些載流子會松弛。當載流子散射時，會導致一種稱為庫侖熱化的現象，這種現象形成熱化載流子的熱氣體，與聲子耦合并將多余的能量轉移到晶格。這導致碲納米粒子的有效加熱。

對于這種用于商業海水淡化的方法，楊承認，目前在液體中用納秒激光燒蝕生產碲納米顆粒的方法是有限的。“現在，我們正在嘗試通過其他方法制備碲納米顆粒，”他補充道。但由于碲納米粒子具有獨特的光學二元性，楊設想了該技術的其他應用。“我們希望將它們應用于傳感器或納米天線，”他說。

發表在《科學進展》上的論文摘要 詳細介紹了研究結果：

用于太陽能收集和光熱轉換的納米光子材料緩解全球能源危機迫切需要。我們證明，由具有寬尺寸分布的碲 (Te) 納米顆粒制成的寬帶吸收體可以吸收整個光譜中超過 85% 的太陽輻射。吸收體在陽光照射下的溫度可在100秒內從29°C升至85°C。通過將Te納米顆粒分散到水中，在78.9 mW/cm2的太陽輻射下，水的蒸發速率提高了三倍。

這種光熱轉換超過了之前報道的等離子體或全介電納米粒子。我們還確定 Te 的獨特介電常數是高性能的原因。介電常數的實部在紫外-可見-近紅外區域經歷從負到正的轉變，賦予Te納米粒子類等離子體和全介電二象性。由于類等離子體和米氏型共振的增強，總吸收覆蓋了太陽輻射的整個光譜。它是第一個報道的在太陽輻射區域同時具有類等離子體和全介電特性的材料。這些發現表明，Te 納米顆粒有望成為一種先進的光熱轉換材料，用于太陽能水蒸發。

審核編輯 黃宇