新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃

新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃 在纳米尺度上控制和操纵光的能力为超材料在各个领域的应用开辟了广阔天地。现在，芬兰阿尔托大学的研究人员创造出了一种新的光学超材料，它可能使真正的单向透光玻璃成为现实。磁电（ME）效应的最一般形式是指材料的磁性和电性之间的耦合。在光学频率下，磁化对传统材料的影响可以忽略不计，但使用超材料则可以增强这种影响，在超材料中，光的电分量可以诱导磁化，而磁分量可以产生偏振。以往的研究表明，微波频率的磁性很强，在这一频谱范围内会产生明显的超材料效应。尽管经过了二十年的理论研究，但直到现在，人们还很难实现在这一范围之外工作的超材料。全电磁频谱示意图这种新型超材料依赖于非互惠磁电效应（NME）。非互易磁电效应意味着材料的磁化和偏振特性与光或其他电磁波的不同成分相关联。"到目前为止，NME效应还没有实现现实的工业应用，"该研究的主要作者沙迪-萨法伊-贾兹（Shadi Safaei Jazi）说。"大多数提出的方法只能用于微波，而不能用于可见光，而且也无法用现有技术制造出来"。研究人员利用现有技术和纳米制造技术成功克服了这些问题，创造出一种三维光学 NME 超材料，其单个元原子由传统材料钴和硅制成，可自发磁化。这种新型超材料为那些原本需要强大外部磁场才能发挥作用的应用铺平了道路，例如真正的单向玻璃。目前所谓的"单向"玻璃实际上只是半透明的，光线可以从两个方向穿过。当两侧亮度不同时，它就像单向玻璃。然而，基于 NME 的单向玻璃不需要这种亮度差异，因为光线只能够从一个方向穿过。"想象一下，在你的房子、办公室或汽车里有一扇装有这种玻璃的窗户，"Safaei 说。"无论外面的光线如何，人们都无法看到里面的任何东西，而你却可以从窗户欣赏到完美的景色。"这种超材料还有可能阻挡现有太阳能电池向太阳辐射的热辐射，从而降低其捕获的能量，从而提高太阳能电池的效率。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20%

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20% 这项研究发表在 2024 年 3 月 4 日出版的《能源材料与器件》杂志上。光伏技术是一种利用太阳光并将其转化为电能的技术，因其提供清洁的可再生能源而广受欢迎。科学家们不断努力提高太阳能电池的功率转换效率，即效率的衡量标准。传统单结太阳能电池的功率转换效率已超过 20%。要使单结太阳能电池的功率转换效率达到肖克利-奎塞尔极限以上，需要更高的成本。然而，通过制造串联太阳能电池，可以克服单结太阳能电池的肖克利-奎塞尔极限。利用串联太阳能电池，研究人员可以通过将太阳能电池材料堆叠在一起获得更高的能源效率。研究小组利用一种名为硒化锑的半导体，致力于制造串联太阳能电池。过去对硒化锑的研究主要集中在单结太阳能电池的应用上。但研究小组知道，从带隙的角度来看，这种半导体可能被证明是串联太阳能电池的合适底部电池材料。"硒化锑是一种适用于串联太阳能电池的底部电池材料。然而，由于使用硒化锑作为底部电池的串联太阳能电池的报道很少，因此人们很少关注它的应用。"中国科学技术大学材料科学与工程学院教授陈涛说："我们用它作为底部电池组装了一个具有高转换效率的串联太阳能电池，证明了这种材料的潜力。与使用单层半导体材料的单结太阳能电池相比，串联太阳能电池吸收阳光的能力更强。串联太阳能电池能将更多的太阳光转化为电能，因此比单结太阳能电池更节能。"演示概念验证串联太阳能电池，该电池由硒化锑和宽带隙过磷酸钙作为底部和顶部子电池吸收材料组成。通过优化顶部电池的透明电极和底部电池的制备工艺，该装置实现了超过 20% 的功率转换效率。来源：《能源材料与器件》，清华大学出版社研究小组制作了具有透明导电电极的过氧化物/硒化锑串联太阳能电池，以优化光谱响应。他们通过调整顶部电池透明电极层的厚度，获得了超过 17% 的高效率。他们通过引入双电子传输层，优化了硒化锑底部电池，实现了 7.58% 的功率转换效率。当他们用机械方法将顶部和底部电池组装成四端串联太阳能电池时，功率转换效率超过了 20.58%，高于独立子电池的功率转换效率。他们的串联太阳能电池具有出色的稳定性和无毒成分。陈说："这项工作提供了一种新的串联器件结构，并证明硒化锑是一种很有前景的吸收材料，可用于串联太阳能电池的底部电池应用。"展望未来，研究小组希望努力开发集成度更高的双端串联太阳能电池，并进一步提高器件性能。"硒化锑的高稳定性为制备两端串联太阳能电池提供了极大的便利，这意味着它在与多种不同类型的顶层电池材料搭配时可能会取得良好的效果。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新材料可大幅提高太阳能电池板的效率

新材料可大幅提高太阳能电池板的效率 美国利哈伊大学的一个研究小组创造了一种材料，它可以大大提高太阳能电池板的效率。使用这种材料作为太阳能电池活性层的原型显示出 80% 的平均光电吸收率、很高的光激发载流子生成率以及前所未有的高达 190% 的外部量子效率 (EQE)这远远超过了硅基材料的肖克利-奎塞尔理论效率极限，并将光伏量子材料领域推向了新的高度。Chindeu Ekuma。资料来源：利哈伊大学物理学教授 Chinedu Ekuma 在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他与利哈伊大学博士生 Srihari Kastuar 合作开发这种材料的论文。先进的材料特性这种材料的效率飞跃主要归功于其独特的"中间带态"，即材料电子结构中的特定能级，使其成为太阳能转换的理想选择。这些态的能级在最佳子带间隙内，即材料能有效吸收阳光并产生电荷载流子的能量范围，约为 0.78 和 1.26 电子伏特。此外，这种材料在电磁波谱的红外线和可见光区域的高吸收率表现尤为出色。以 CuxGeSe/SnS 为活性层的薄膜太阳能电池示意图。资料来源：Ekuma 实验室/利哈伊大学在传统太阳能电池中，最大 EQE 为 100%，即每吸收一个太阳光光子，就能产生和收集一个电子。然而，过去几年中开发的一些先进材料和配置已证明能够从高能光子中产生和收集一个以上的电子，即 EQE 超过 100%。斯里哈里-卡斯图阿尔，利哈伊大学。资料来源：利哈伊大学虽然这种多重激子生成（MEG）材料尚未广泛商业化，但它们有可能大大提高太阳能发电系统的效率。在 Lehigh 开发的材料中，中间带态能够捕获传统太阳能电池通过反射和产热等方式损失的光子能量。材料开发与潜力研究人员利用"范德华间隙"（层状二维材料之间的原子级微小间隙）开发出了这种新型材料。这些间隙可以限制分子或离子，材料科学家通常利用它们来插入或"插层"其他元素，以调整材料特性。为了开发新型材料，利哈伊大学的研究人员在硒化锗（GeSe）和硫化锡（SnS）制成的二维材料层之间插入了零价铜原子。Ekuma 是计算凝聚态物理方面的专家，在对该系统进行了大量计算机建模并证明其理论前景后，他开发了这一原型作为概念验证。他说："其快速反应和更高的效率有力地表明了铜掺杂GeSe/SnS作为一种量子材料在先进光伏应用中的使用潜力，为提高太阳能转换效率提供了一条途径。这是开发新一代高效太阳能电池的理想候选材料，将在满足全球能源需求方面发挥至关重要的作用。"虽然将新设计的量子材料整合到当前的太阳能系统中还需要进一步的研究和开发，但埃库马指出，用于制造这些材料的实验技术已经非常先进。随着时间的推移，科学家们已经掌握了将原子、离子和分子精确插入材料的方法。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新型材料将钙钛矿太阳能电池效率提升到22%

新型材料将钙钛矿太阳能电池效率提升到22% 该方法由位于巴西包鲁的圣保罗州立大学（UNESP）的研究人员开发，涉及使用一类被称为 MXenes 的材料，这是一类具有类似石墨烯结构的二维材料，结合了过渡金属、碳和/或氮，以及氟化物、氧或羟基等表面官能团。它们的特性包括高导电性、良好的热稳定性和高透射率（与通过物质而不被反射或吸收的光量有关）。联合国教科文组织欧洲空间科学中心开发的方法涉及使用一类名为"MXenes"的材料。资料来源：CDMF在这项研究中，MXeneTi3C2Tx被添加到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中以形成钝化涂层，并被旋涂在倒置太阳能电池的包晶层上。钝化涂层旨在减少多晶固体（本例中为钙钛矿）因与环境相互作用或其内部结构而可能产生的缺陷。过氧化物太阳能电池具有层状结构，层的顺序（结构）对其性能至关重要。在倒置太阳能电池中，设备的结构是相反的，以确保阳光照射到过氧化物层时具有较高的光学透明度。Ti3C2Tx的使用将电池的功率转换效率从 19% 提高到 22%。它还提高了电池的稳定性，与对照电池（无钝化层）相比，电池的寿命延长了三倍，且性能未受影响。对于文章的第一作者、联合国教科文组织材料科学与技术研究生项目的硕士研究生 João Pedro Ferreira Assunção来说，这些结果令人惊讶，因为该项目的最初目的仅仅是补救因添加绝缘钝化层而导致的性能下降。目前，有关过氧化物太阳能电池的研究主要集中在如何设计大规模工业生产系统，以制造稳定的高性能电池。"这篇文章表明，在大规模生产条件下添加 MXene 是可行的，并指出了实现这一目标的方法。文章还介绍了我们探索的几种电学、形态学和结构表征技术，以加深对这一类复杂设备的行为和功能的科学理解，"Assunção说。他补充说，这项研究是朝着生产清洁能源、减轻环境影响以及使巴西成为领先的太阳能电池工业生产国等可持续发展目标迈出的充满希望的一步。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

突破性的全球研究发现21种新型激光材料

突破性的全球研究发现21种新型激光材料 尽管如此，生产有机固态激光器仍具有挑战性，要确定可行的新材料，可能需要进行 15 万次以上的实验，因此充分探索这一领域可能需要花费许多人的一生。事实上，在过去的几十年中，仅有 10-20 种新型 OSL 材料通过了测试。多伦多大学加速联盟的研究人员接受了这一挑战，并利用自驱动实验室（SDL）技术，在几个月内就合成并测试了 1000 多种潜在的 OSL 材料，并发现了至少 21 种性能最佳的 OSL 增益候选材料。SDL 使用人工智能和机器人合成等先进技术来简化新型材料的鉴定过程，这里指的是具有特殊发光特性的材料。迄今为止，SDL 通常局限于一个地理位置的一个物理实验室。发表在《科学》（Science）杂志上的这篇题为《有机激光发射器的异地异步闭环发现》（Delocalized Asynchronous Closed-Loop Discovery of Organic Laser Emitters）的论文，展示了研究团队如何利用分布式实验的概念，即在不同的研究地点分工合作，更快地实现共同目标。来自加拿大多伦多和温哥华、苏格兰格拉斯哥、美国伊利诺伊和日本福冈的实验室参与了这项研究。分布式实验的优势通过这种方法，每个实验室都能贡献自己独特的专业知识和资源这最终为项目的成功发挥了关键作用。这种由云平台管理的分散式工作流程不仅提高了效率，还能快速复制实验结果，最终实现了发现过程的民主化，并加速了下一代激光技术的开发。"这篇论文表明，闭环方法可以去局部化，研究人员可以从分子状态一直深入到设备，你可以加速发现商业化进程中非常早期的材料，"加速联合会主任Alán Aspuru-Guzik博士说。"该团队设计了一个从分子到设备的实验，最终设备在日本制造。这些装置在温哥华进行了放大，然后转移到日本进行表征。"这些新型材料的发现标志着分子光电子学领域的重大进展。它为增强 OSL 器件的性能和功能铺平了道路，并为未来材料科学和自动驾驶实验室领域的脱域发现活动开创了先例。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1126/science.adk9227 ... PC版： 手机版：

突破性人体研究证实"神奇材料"石墨烯是安全的

突破性人体研究证实"神奇材料"石墨烯是安全的 临床试验透视首次人体受控接触临床试验使用的是超纯氧化石墨烯薄膜一种与水兼容的材料。研究人员表示，还需要进一步研究这种氧化石墨烯材料或其他形式的石墨烯是否会产生不同的效果。研究小组还希望确定，长时间接触这种比头发丝还要细几千倍的材料是否会带来额外的健康风险。科学家于 2004 年首次分离出石墨烯，并将其誉为"神奇"材料。可能的应用领域包括电子产品、手机屏幕、服装、涂料和水净化。全世界都在积极探索石墨烯，以帮助对癌症和其他健康问题进行有针对性的治疗，并以植入式设备和传感器的形式使用石墨烯。不过，在用于医疗之前，所有纳米材料都需要经过测试，以确定是否存在潜在的不良影响。研究方法和结果爱丁堡大学和曼彻斯特大学的研究人员招募了 14 名志愿者，在严格控制的接触和临床监测条件下参与研究。志愿者们在从荷兰国家公共卫生研究所带到爱丁堡的一个专门设计的移动暴露室中骑自行车时，通过面罩呼吸了这种物质两个小时。在暴露前和每隔两小时测量一次对肺功能、血压、凝血和血液中炎症的影响。几周后，志愿者被要求返回诊所，重复接触不同大小的氧化石墨烯或清洁空气，以进行比较。结果发现，石墨烯对肺功能、血压或其他大多数生物参数没有不良影响。不过，研究人员注意到，吸入这种材料可能会影响血液凝结的方式，但他们强调这种影响非常小。结论和未来方向爱丁堡大学心血管科学中心的马克-米勒（Mark Miller）博士说："石墨烯等纳米材料前景广阔，但我们必须确保它们是以安全的方式制造的，然后才能更广泛地应用于我们的生活。能够在人体志愿者身上探索这种独特材料的安全性，是我们在了解石墨烯如何影响人体方面迈出的一大步。通过精心设计，我们可以安全地充分利用纳米技术"。曼彻斯特大学和巴塞罗那加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所（ICN2）的科斯塔斯-科斯塔雷洛斯（Kostas Kostarelos）教授说："这是有史以来第一项涉及健康人群的对照研究，它证明了非常纯净的氧化石墨烯（具有特定的尺寸分布和表面特征）可以进一步开发，从而最大限度地降低对人类健康的危害。""我们花了十多年的时间，从材料和生物科学的角度，同时也从临床能力的角度，通过召集该领域的一些世界顶尖专家，安全地开展了这项受控研究"。英国心脏基金会首席科学与医学官布莱恩-威廉姆斯（Bryan Williams）教授说："这种石墨烯可以安全地开发出来，而且短期副作用极小，这一发现为开发新设备、创新治疗方法和监测技术打开了大门。我们期待在更长的时间内看到更大规模的研究，以更好地了解我们如何安全地使用石墨烯等纳米材料，在向患者提供救命药物方面取得飞跃。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：