如果把阳光比作跃动的金币ღღ◈，光热水电联产技术便是一场有趣的“炼金游戏”ღღ◈，而赢得游戏的关键是如何发掘出高效光热转换材料ღღ◈。
武汉工程大学副教授马良团队为这场“炼金游戏”提供了新的“玩法”ღღ◈。这位“90后”导师带领的“90后”研究生团队ღღ◈，围绕等离激元与拓扑表面态的相互作用ღღ◈，构建了具有宽光谱吸收的光热材料ღღ◈，并设计出一种高效光热水电联产装置ღღ◈，显著提高了水蒸发和光热电转换效率ღღ◈。相关研究近日在线发表于《科学进展》ღღ◈。
光热水蒸发是解决水资源短缺问题的一项绿色可持续技术ღღ◈。然而ღღ◈，在自然蒸发条件下ღღ◈，水对太阳光的吸收极小ღღ◈，太阳光利用效率低下ღღ◈，蒸发速率受限ღღ◈。
光热转换材料被应用于太阳能水蒸发中以提高效率ღღ◈。等离激元材料在光热转换应用中展现了巨大潜力ღღ◈。因此ღღ◈，探索一种具有宽光谱吸收的等离激元材料是高效产生水蒸气的关键ღღ◈。
论文第一作者9博体育app(中国)官方网站9博体育app(中国)官方网站ღღ◈、武汉工程大学硕士研究生刘洋介绍ღღ◈，这项研究的核心突破在于将拓扑绝缘体-等离激元异质材料编织成一张“光热陷阱网”ღღ◈。
拓扑绝缘体因独特的拓扑表面态ღღ◈，能够实现光能的高效捕获和表面电子的低损耗传输冥炎血影神殇冥炎血影神殇ღღ◈，而等离激元材料则通过等离激元共振效应ღღ◈，实现对特定频率的光的高效吸收ღღ◈。二者协同作用ღღ◈，能够显著提高材料对太阳光的吸收效率ღღ◈。
团队设计出拓扑绝缘体-等离激元异质材料ღღ◈，并将材料附着在水凝胶网络中ღღ◈，以魔法般的效率将海水蒸腾为清流ღღ◈。
刘洋介绍ღღ◈，团队设计的基于拓扑绝缘体-等离激元异质结的水蒸发装置冥炎血影神殇ღღ◈，利用液压原理可以实现自动进水和出水ღღ◈；同时引入了聚光镜ღღ◈，能够显著提高光热水蒸发效率ღღ◈。
据介绍ღღ◈，该装置对工业废水中的重金属离子去除效果显著冥炎血影神殇ღღ◈，处理后的水质远高于欧盟ღღ◈、世界卫生组织的饮用水标准ღღ◈。对于海水淡化ღღ◈，这一技术同样表现出色ღღ◈。通过光热蒸发ღღ◈，海水中的钠ღღ◈、钾ღღ◈、钙ღღ◈、镁等离子浓度大幅降低ღღ◈，可直接用于农业灌溉或生活用水ღღ◈。
更巧妙的是ღღ◈，团队将蒸发装置的余热与温差发电模块结合ღღ◈，实现“水电联产”——每小时可收集5.94 kg/m2的洁净水ღღ◈，同时可实现3.259 W/m2的功率输出ღღ◈，“一热两用”ღღ◈。
“光热材料就像一把万能钥匙ღღ◈。”刘洋解释说ღღ◈，“未来ღღ◈，它有望通过热效应靶向杀死癌细胞ღღ◈，应用于癌症治疗ღღ◈，也有望用于光催化产氢ღღ◈，推动清洁能源发展9博体育app(中国)官方网站ღღ◈。”
然而ღღ◈，目前技术产业化仍面临两大挑战ღღ◈。“材料长期稳定性和成本控制是关键ღღ◈。”刘洋坦言冥炎血影神殇ღღ◈，“如果材料长期使用后性能衰减ღღ◈、材料或装置价格过高ღღ◈，技术就难以推广ღღ◈。”
为此ღღ◈，该团队下一步将聚焦新的光热物理机制ღღ◈，开发高性价比复合材料ღღ◈，并探索此类材料在光热驱动清洁能源转换中的应用9博体育app(中国)官方网站ღღ◈。
2023年初春ღღ◈，刘洋在研究初期的一次扫描电子显微镜观测中ღღ◈，意外捕捉到一条长达6微米的“硒线”ღღ◈。在诸多材料中ღღ◈，这个本应被视作“杂质”的异常结构ღღ◈，却成了研究的重要转折ღღ◈。
“当时我们以为实验失败了冥炎血影神殇ღღ◈，但导师的一句‘杂质可能有更好的用途’点醒了我们ღღ◈。”刘洋回忆说ღღ◈。他通过离心技术分离出这条“硒线”ღღ◈，发现其与拓扑绝缘体结合后ღღ◈，展现出独特的光谱响应和光热特性ღღ◈。
然而ღღ◈，材料合成初期ღღ◈，因硒元素残留问题研究一度陷入僵局ღღ◈。最终ღღ◈，在马良的指导下ღღ◈，刘洋从文献中借鉴“熔点差异”9博体育app(中国)官方网站ღღ◈，通过高温处理成功去除杂质ღღ◈，制备出高纯度复合光热材料ღღ◈。
马良的细致指导贯穿每个细节ღღ◈。在论文撰写阶段ღღ◈，刘洋的初稿被马良反复修改了大半年ღღ◈。刘洋告诉《中国科学报》ღღ◈：“去年12月ღღ◈，马老师参加学术会议时ღღ◈，随身带着我的论文打印稿ღღ◈，利用会议间隙做批注ღღ◈。”
这项研究的背后ღღ◈，是一个由“90后”导师领衔的年轻团队ღღ◈。马良不仅是课题带头人ღღ◈，还是团队建设的“游戏策划师”冥炎血影神殇ღღ◈。业余时间ღღ◈，他常组织学生一起打羽毛球ღღ◈，爬山ღღ◈，玩剧本杀冥炎血影神殇ღღ◈、狼人杀9博体育app(中国)官方网站ღღ◈，用“游戏积分”给学生兑换奖励ღღ◈。9博体育(中国)appღღ◈！博体育官网登录入口ღღ◈，9Bღღ◈，博九登录九博体育ღღ◈，9博体育官网登录入口ღღ◈，博9彩票ღღ◈！
