测量固体材料光热转换效率的一般方法
发布时间：2023-07-25 08:00:00 阅读数： 400
原文标题：A general methodology to measure the light-to-heat conversion efficiency of solid materials
翻译：光电查
样品在电加热（a）和激光加热（b）过程中的温升曲线示意图，其中 P* 为样品接收到的热功率，I₀ 为入射激光功率，TE,max 和 TL,max 分别为电加热和激光加热过程中的最大平均温度变化，DCPS 为直流电源。(c) TGC 拍摄的样品典型温度图像。(d) 最高温度随样品接收热功率变化的示意图，其中 H* 是样品在电加热过程中的散热系数。(e) 所有样品的 LHCE 计算结果，误差带根据补充资料中的公式 S15 得出。S15 得出。计算 LHCE 的简化程序如 (e) 下图所示，其中 A 是样品的吸光度，H 是激光加热时测试区域的散热系数，η 是样品的 LHCE。归功于：Kai Gu 和 Haizheng Zhong
光热转换具有潜在的应用价值，包括光热治疗和太阳能收集，因此人们一直在对其进行深入研究。光热转换效率（LHCE）是评估光热材料（如有机分子、碳基材料和纳米晶体）的最重要指标。
根据热平衡方程，已经成功开发了一些测量胶体纳米晶溶液 LHCE 的方法。虽然其他研究人员对这些方法进行了进一步改进，但由于测量系统的质量项被高估以及散热系数的拟合不精确，这些方法的准确性仍存在争议。此外，大多数报告的方法仅限于胶体溶液。
在《光： 科学与应用》上发表的一篇新论文中，来自北京理工大学的顾凯和钟海政开发了一种测量固体材料 LHCE 的通用方法。他们提出了一种光热和电热等效 (PEE) 方法，用电加热过程模拟激光加热过程。
在电热测量中，通过在热平衡时进行线性拟合，可以得出样品在已知电功率下的散热系数。在光热测量中，通过监测样品在激光加热下的最大温度变化来计算 LHCE。在本研究中，研究人员调查了 PEE 方法在各种有机和无机光热材料中的通用性，包括金纳米棒、石墨烯和 PbSe 纳米晶体等。
此外，研究人员还讨论了 PEE 方法的误差和可靠性以及与假设的偏差，以证明 PEE 方法的优势。
PEE 方法包括两个步骤：电热测量（模块 I）和光热测量（模块 II）。研究中的电热测量是通过使用热成像仪 (TGC) 确定电阻器上样品的温度升高来完成的。同样，光热测量是通过测定样品在激光加热下的温度升高来完成的。
通过绘制温度变化与时间的关系曲线，可以利用热像仪监测平均温度，从而获得最大温度变化。通过对最大温度变化和电加热输入功率的曲线图进行线性拟合，可以得出样品的散热系数。
考虑到光吸收率和散热系数，样品的 LHCE 可以从热平衡方程中推导出来。为了证明 PEE 方法的适用性，研究人员测量了金纳米棒、PbSe 纳米晶体、Cu2Se 纳米晶体、多壁碳纳米管 (MWCN)、氧化石墨烯 (GO)、石墨烯和聚苯胺 (PANI) 的 LHCE。有关误差和假设分析的详情，请参阅论文。
研究团队开发了一种稳健可靠的测量固体材料 LHCE 的方法，有望推动先进光热材料的基础研究。
参考资料
Kai Gu et al, A general methodology to measure the light-to-heat conversion efficiency of solid materials, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01167-6
