莱斯大学 一张扫描电子显微镜图像显示，莱斯大学开发的亚微米级空腔被图案化成排列有序的碳纳米管薄膜
这些空腔捕获热光子，并缩小它们的带宽，将它们变成光，然后可以作为电回收利用
学分:纳伊克实验室/莱斯大学 越来越不起眼的碳纳米管可能只是制造太阳能电池板的装置——以及其他任何通过热量损失能量的装置——效率更高
莱斯大学的科学家们正在设计排列整齐的单壁碳纳米管阵列，以引导中红外辐射(又称热量)，并大大提高太阳能系统的效率
莱斯大学布朗工程学院的古鲁拉杰·纳伊克和小泉纯一郎把他们的技术引入了美国计算机学会光子学
他们的发明是一种双曲线热发射器，它可以吸收原本会喷到大气中的强烈热量，将其压缩到一个狭窄的带宽内，并以可转化为电能的光的形式发射出去
这一发现基于科诺团队在2016年的另一项发现，当时科诺团队发现了一种简单的方法，可以制造高度排列、晶片级的紧密堆积的纳米管薄膜
与2016年加入赖斯的纳伊克讨论后，两人决定看看这种薄膜是否可以用来引导“热光子”
" 科诺说:“热光子只是热物体发出的光子。”
“如果你用红外照相机观察热的东西，你会看到它在发光
照相机正在捕捉这些热激发的光子
" 红外辐射是阳光的一个组成部分，它向地球传递热量，但它只是电磁波谱的一小部分
“任何热的表面都会以热辐射的形式发光，”纳伊克说
“问题是热辐射是宽带的，而只有当辐射在窄带内时，光转化为电才是有效的
莱斯大学研究生李新伟(左)和博士后高利用高帮助开发的碳纳米管薄膜制造了一种回收废热的装置
它可以最终提高太阳能电池的产量，提高工业余热回收的效率
学分:杰夫·菲特洛/莱斯大学 “挑战在于将宽带光子压缩到一个狭窄的波段，”他说
纳米管薄膜提供了隔离中红外光子的机会，否则这些光子会被浪费掉
“这就是动机，”纳伊克说
(合著者和赖斯研究生)克洛伊·多伊伦的一项研究发现，大约20%的工业能源消耗是废热
仅德克萨斯州就有大约三年的电力供应
那浪费了很多能量
“现在将热能转化为电能的最有效方法是使用涡轮机，以及蒸汽或其他液体来驱动它们，”他说
“它们可以给你将近50%的转换效率
没有什么能让我们接近这个目标，但是这些系统不容易实现
“纳伊克和他的同事们的目标是用一个没有运动部件的紧凑系统来简化这项任务
排列的纳米管薄膜是吸收废热并将其转化为窄带宽光子的管道
因为纳米管中的电子只能在一个方向上移动，所以在那个方向上排列的薄膜是金属的，而在垂直方向上是绝缘的，这种效应被称为纳伊克双曲色散
热光子可以从任何方向撞击薄膜，但只能通过一个方向离开
纳伊克说:“我们不是直接从热能转换成电能，而是从热能转换成光能再转换成电能。”
“两个阶段似乎比三个阶段更有效率，但在这里，情况并非如此
" 莱斯大学的模拟显示了一个排列成碳纳米管薄膜的空腔阵列
优化后，薄膜吸收热光子，发出窄带宽的光，可作为电能回收
学分:克洛伊·多伊伦/莱斯大学 纳伊克说，在标准太阳能电池中加入这种发射器可以提高其效率，目前的峰值约为22%
“通过将所有浪费的热能压缩到一个小的光谱区域，我们可以非常有效地将其转化为电能，”他说
“理论预测是我们可以获得80%的效率
" 纳米管薄膜适合这项任务，因为它们可以承受高达1700摄氏度(3092华氏度)的温度
纳伊克的团队制造了概念验证设备，允许它们在高达700摄氏度(1292华氏度)的温度下工作，并确认它们的窄带输出
为了制造它们，该团队将亚微米级空腔阵列图案化成芯片大小的薄膜
“有一系列这样的谐振器，它们中的每一个都在这个狭窄的光谱窗口中发射热光子，”纳伊克说
“我们的目标是用光伏电池收集它们，并将其转化为能量，并证明我们可以高效地做到这一点
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