本发明专利技术涉及一种热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器及其制备方法，具体，本发明专利技术提供一种热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器，所述三维核壳蛋白石结构热辐射器是由二氧化硅@金属核壳纳米微球在基板上三维有序面心立方(FCC)结构堆积而成。本发明专利技术所述的热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器具有制备成本低、制备流程简单、所得热辐射器能够选择性辐射热光谱的优势，能用于提高热光伏系统转换效率。能用于提高热光伏系统转换效率。能用于提高热光伏系统转换效率。
【技术实现步骤摘要】
一种热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器及其制备方法
[0001]本专利技术涉及热光伏能量转换领域，具体涉及一种热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器及其制备方法。
技术介绍
[0002]热光伏系统是通过将热源产生的热量经由热辐射器转换成一定的光谱辐射，再由半导体光伏单元接收辐射光谱进行光电转换，最终实现由热能到光能再到电能的能量转换。其可以利用各种途径产生的热能来进行电能的转换，包括化学燃料、太阳能、核能等产热领域的能量转换。相比于其它热能发电装置，热光伏系统具有更大的转换效率，其理论极限效率可达80％左右，同时也有更大的比功率密度，有望应用于未来的实际应用。
[0003]目前热光伏系统的转换效率远远低于其理论值，这其中的一个关键因素就是热光伏系统中的热辐射器会将热源中的大部分能量转换为光伏单元带隙以下的光子，这些低能量的光子无法被光伏单元转换为电能而浪费掉。一种解决办法是利用光子晶体中折射率周期性变化产生的光子带隙结构作为热辐射器，而光子带隙能够改变热辐射光谱。在2011年来自麻省理工学院的M.Araghchini等人采用激光干涉光刻和反应离子刻蚀等微纳加工技术制作了二维周期性孔洞的钨平板选择性热辐射器，能实现以1.7μm处为截止波长的选择性发射的特性，但该方案有着制备过程复杂、成本高昂以及光谱效率不高的不足。2019年韩国国民大学的Younghoe Kim等以电化学沉积法制作了镍反蛋白石的三维光子晶体热辐射器，虽然工艺上简单、成本低，但因镍金属的孔隙率和折射率不高而导致其光谱调控能力不足。
[0004]鉴于目前热光伏领域存在的光子晶体热辐射器制备成本高昂、光谱调控性能不足等问题，因此，本领域需要开发一种低成本和高转换效率的热辐射器。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于克服现有产品的不足，提供了一种热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器的制备方法，本专利技术在制备上具有成本低、技术简单、可大规模生产的优势，能够满足热光伏系统中对热辐射器选择性发射的要求，提高系统整体的光谱效率。
[0006]本专利技术第一方面提供一种热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器，所述三维核壳蛋白石结构热辐射器是由二氧化硅@金属核壳纳米微球在基板上三维有序FCC结构堆积而成。
[0007]优选地，在所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球中，金属为核，二氧化硅为壳，所述的二氧化硅包裹所述的金属核。
[0008]优选地，在所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球中，所述的金属包括金属纳米颗粒。
[0009]优选地，在所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球中，所述的金属的粒径为1
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900nm，较佳地5
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500nm，更佳地5
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400nm，更佳地10
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200nm，更佳地10
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100nm，更佳地20
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80nm，更佳
地30
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70nm，更佳地40
‑
60nm。
[0010]优选地，在所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球中，所述的金属选自下组：钨、钽、钼，或其组合。
[0011]优选地，所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球为球形或椭球形微球。
[0012]优选地，所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球的粒径为50
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900nm，较佳地100
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800nm，更佳地200
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700nm，更佳地300
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600nm。
[0013]优选地，所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球的粒径为280
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350nm。
[0014]优选地，在所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球中，所述的金属被选自下组修饰剂修饰：3
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氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮，或其组合。
[0015]优选地，所述的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包括PVP K23
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27。
[0016]优选地，所述的二氧化硅包裹修饰剂修饰的金属。
[0017]优选地，所述的金属与所述的3
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氨丙基三乙氧基硅烷的重量体积比(g:ml)为1
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10:1
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8，较佳地2
‑
8:1
‑
5，更佳地4
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6:2
‑
4。
[0018]优选地，所述的金属与所述的3
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氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为1
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10:1
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8，较佳地2
‑
8:1
‑
5，更佳地4
‑
6:2
‑
4。
[0019]优选地，所述的金属与所述的聚乙烯吡咯烷酮的重量比为0.1
‑
1:1
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8，较佳地0.2
‑
0.8:2
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6，更佳地0.4
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0.6:3
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5。
[0020]优选地，所述的基板的材料选自下组：氧化铝、氧化镁、钨、钽、钼，或其组合。
[0021]优选地，所述的基板为片板。
[0022]优选地，所述的钨为抛光钨片。
[0023]优选地，所述的基板的厚度≥2μm，较佳地1
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20mm，更佳地3
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15mm，更佳地5
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152mm。
[0024]本专利技术第二方面提供一种制备如本专利技术第一方面所述的热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
[0025](1)将金属纳米颗粒分散于第一溶剂中，获得金属纳米颗粒分散液；
[0026](2)用第一修饰剂对所述金属纳米颗粒分散液中的金属纳米颗粒进行修饰，得到第一修饰的金属纳米颗粒；
[0027](3)用第二修饰剂对所述第一修饰的金属纳米颗粒的金属纳米颗粒进行修饰，得到第二修饰的金属纳米颗粒；
[0028](4)将第二修饰的金属纳米颗粒分散于第二溶剂中，加入碱液和水，分散后得到分散液，搅拌，搅拌过程中向分散液中加入正硅酸乙酯，得到二氧化硅包覆的第二修饰的金属纳米颗粒，即二氧化硅@金属核壳纳米微球；
[0029](5)将二氧化硅@金属核壳纳米微球进行研磨后分散到第四溶剂中，得到的分散液沉积在基板上进行自组装，得到三维核壳蛋白石结构热辐射器。
[0030]优选地，所述步骤(1)中，所述的金属选自下组：钨、钽、钼，或其组合。
[0031]优选地，所述步骤(1)中，所述的金属纳米颗粒的粒径为1
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900nm，较佳地5
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500nm，更佳地5
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400nm，更佳地10
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200nm，更佳地10
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100nm，更佳地20
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80nm，更佳地30
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70n本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热光伏用三维核壳蛋白石结构热辐射器，其特征在于：所述三维核壳蛋白石结构热辐射器是由二氧化硅@金属核壳纳米微球在基板上三维有序FCC结构堆积而成。2.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，在所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球中，金属为核，二氧化硅为壳，所述的二氧化硅包裹所述的金属核。3.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，在所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球中，所述的金属选自下组：钨、钽、钼，或其组合。4.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球的粒径为50
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900nm，较佳地100
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800nm，更佳地200
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700nm，更佳地300
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600nm。5.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，在所述的二氧化硅@金属核壳纳米微球中，所述的金属被选自下组修饰剂修饰：3
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氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮，或其组合。6.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，所述的金属与所述的3
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氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为1
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10:1
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8，较佳地2
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8:1
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5，更佳地4
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4；和/或所述的金属与所述的聚乙烯吡咯烷酮的重量比为0.1
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘云鹏，孟彩峰，汤晓斌，许志恒，王宏宇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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