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  隨著全球社會對碳排放的限制，太陽能因其巨大的總量及可持續(xù)性獲得了廣泛的關(guān)注，將太陽能高效轉(zhuǎn)化為電能是解決碳排放重要的方法之一。太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法主要有兩種：第一種是通過光伏電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，如鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池等；另一種方法是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，然后通過熱電裝置將熱能轉(zhuǎn)化為電能。第二種方法簡單方便，只需要溫度梯度就可以發(fā)電，因此被廣泛用于航空航天、人體等領(lǐng)域。在光熱電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，高品位電能的產(chǎn)生需要高的轉(zhuǎn)換效率。雖然熱電材料在過去30年取得了前所未有的發(fā)展，總的熱電轉(zhuǎn)換效率仍然很低，開發(fā)一種新的策略來提高從能源到電力的總轉(zhuǎn)換效率具有重要的意義。另一方面，熱電器件總是被應(yīng)用于先進的低能耗電子產(chǎn)品（如自供電聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、柔性電子產(chǎn)品等）。這些設(shè)備總是暴露在巨大的電磁干擾（EMI）之下，容易出現(xiàn)性能和可靠性下降的情況。因此，開發(fā)高電磁屏蔽，同時基于傳統(tǒng)熱電器件提升發(fā)電質(zhì)量和光熱電轉(zhuǎn)換效率的材料具有廣闊的應(yīng)用前景。

  基于此，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院盧翔副教授/瞿金平院士團隊在Advanced Science上發(fā)表了題為“Upgrading electricity generation and electromagnetic interference shielding efficiency via phase-change feedback and simple origami strategy”的論文。他們首次采用了一種簡單的折紙策略來制備柔性多層相變膜（PCF）。以柔性乙烯-醋酸乙烯/石蠟（EVA/PW）薄膜作為相變層，以MXene/Fe₃O₄雙層作為光熱和電磁屏蔽層，制備了一系列的PCFs（圖1）。該PCFs在多次折疊后保持了良好的柔韌性，并能在光熱電轉(zhuǎn)換中提供穩(wěn)定而快速的熱能。其光熱電發(fā)電功率輸出高達138mW，其能量密度（55.2 W/m²）遠高于以往同類型的材料。其中，該研究首次發(fā)現(xiàn)相變過程可以輔助提升產(chǎn)生的電力的品級。而且，在傳統(tǒng)熱電裝置的基礎(chǔ)上，光熱電轉(zhuǎn)換的總效率提高了11.3%。這一發(fā)現(xiàn)對于有效利用太陽能和熱電轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。另一方面，通過簡單的折紙工藝，PCFs的電磁屏蔽效率可以從39.2dB調(diào)整到71.9dB。總的來說，本文為多功能材料的制備提供了一種新的策略，采用PCFs作為光收集器，大大提升了產(chǎn)生的電力和光熱電轉(zhuǎn)換效率。PCFs在EMI屏蔽、能量儲存和轉(zhuǎn)換方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

圖1. 多層復(fù)合相變材料的制備過程。

圖2. 多層復(fù)合相變材料的電磁屏蔽效率及機理。

  論文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202206835

作者簡介

盧翔，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院副教授，主要研究領(lǐng)域為高分子材料的功能化改性及成型加工新方法、新理論。目前已以第一或通訊作者在Advanced Functional Materials, Advanced Science, Chemical Engineering Journal, ACS Applied Materials & Interface, Composites Science and Technology, Composites Part A, Composites Part B等具有重要影響力的國際刊物上發(fā)表SCI論文60余篇，主持承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃課題等國家和省部級科技項目多項。