光熱轉(zhuǎn)換功能材料研究進展

韓 朋，姜 超，張曉紅

（中國石化 北京化工研究院，北京 100013）

21世紀以來，世界對能源的消耗和需求越來越大，如何滿足日益增長的能源需求成為人類面臨的巨大挑戰(zhàn)。地球上的能源主要來自于太陽能，對太陽能的高效利用和轉(zhuǎn)化是解決能源問題的一條有效途徑。太陽能可以轉(zhuǎn)化為電能，如太陽能電池；可以轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，如光合作用；也可以轉(zhuǎn)化為熱能，如太陽能熱水器。相比之下，將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁亲詈唵巍⒆钪苯雍妥钣行У睦猛緩?，而且可利用的材料多種多樣。光熱轉(zhuǎn)換功能材料是一類能將光能轉(zhuǎn)化為熱能的材料，它們的能量轉(zhuǎn)換效率高，加工和制備過程簡便，在淡水處理、光熱治療等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，近年來受到越來越多的關(guān)注。隨著研究的深入，光熱轉(zhuǎn)換功能材料的種類越來越豐富，能量轉(zhuǎn)換效率越來越高。為了達到特定的應(yīng)用目的，研究者設(shè)計了一系列精巧的裝置，不僅可以用于能量的富集，而且可以將富集的熱能進行轉(zhuǎn)化?？梢哉f光熱轉(zhuǎn)換功能材料是一類極具前景的材料，有望緩解能源短缺問題，實現(xiàn)水資源的回收再利用，造福于人類。

本文從材料、裝置和應(yīng)用等方面綜述了近年來國內(nèi)外光熱轉(zhuǎn)換功能材料的研究進展。

1 光熱轉(zhuǎn)換功能材料

輻射至地面的太陽光中，可見光能量約占總輻射能的50%，紅外光能量約占總輻射能的43%，且紅外光的熱效應(yīng)最明顯。要將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，需要材料可以吸收光，尤其是對波長較長的紅外光具有強吸收能力。無機金屬材料的尺寸達到納米尺度時，對光的吸收發(fā)生明顯變化。有機材料對光的吸收與它的分子共軛體系有關(guān)，隨著共軛體系的增大，吸收光譜逐漸向長波長方向移動。隨著研究的深入，光熱轉(zhuǎn)換功能材料的種類越來越豐富，表現(xiàn)出的光熱轉(zhuǎn)換效率各有不同。

1.1 無機納米材料

無機納米晶體因表面局域等離子體共振效應(yīng)，可以吸收波長較長的紅外光并轉(zhuǎn)換成熱能［1-6］。通常情況下，它們的轉(zhuǎn)換效率高，而且導(dǎo)熱性好。常見的光熱轉(zhuǎn)換無機納米材料包括Au，Ag，Pt，Pd等貴金屬納米晶體，Cu2-xS，Cu2-xTe 等半導(dǎo)體納米晶體。最為人熟知的是Au 納米材料，通過調(diào)節(jié)形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)，Au 納米材料在可見-近紅外光區(qū)具有連續(xù)可調(diào)的吸收［5-6］。對于Au 納米棒，隨著長徑比的增加，表面等離子體共振吸收峰逐漸紅移，在波長為600～1 300 nm 連續(xù)可調(diào)。此外，Au 納米棒的制備方法多樣，可以通過模板法、電化學(xué)方法、種子生長法以及無種子生長法等制備［7-8］。

1.2 碳納米材料

碳納米材料是備受關(guān)注的材料，在能源、材料等許多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。在石墨、碳納米管、石墨烯等碳納米材料中，碳原子形成一個巨大的共軛體系，因此，這類材料對光具有很強的吸收，表現(xiàn)出極強的光熱轉(zhuǎn)換能力［9-16］。Liu 等［9］制備了一種基于碳黑的超疏水紗布材料，可浮于水面，在光照下可給水加熱使水蒸發(fā)，蒸發(fā)效率較常規(guī)材料提高2～3 倍。Wang 等［10］將還原的氧化石墨烯與多壁碳納米管結(jié)合，制備的復(fù)合薄膜能夠有效提高光熱效率，在光強為1 kW/m2的光照條件下，膜表面溫度能升高至78 ℃。Zhang 等［11］將石墨烯分散于乙醇中，然后涂覆于液氮冷卻的聚四氟乙烯表面，得到石墨烯片層垂直排列的薄膜，該薄膜可吸收波長為250～2 500 nm 的太陽光，光熱轉(zhuǎn)換效率達86.5%。

1.3 共軛聚合物

共軛聚合物自20世紀70年代被合成，極大改變了人類對傳統(tǒng)聚合物的認識。因它在摻雜后具有很好的導(dǎo)電率，因此，作為半導(dǎo)體材料被廣泛研究和使用，在太陽能電池領(lǐng)域具有重要的作用。近年來，人們發(fā)現(xiàn)共軛聚合物可以吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽?7-22］。作為一種光熱轉(zhuǎn)換材料，共軛聚合物受到越來越多的關(guān)注。與無機納米光熱轉(zhuǎn)換功能材料和碳納米光熱轉(zhuǎn)換功能材料相比，共軛聚合物光熱轉(zhuǎn)換材料的優(yōu)勢在于它們更容易制備和加工，而且對光的吸收可以在很寬的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。

Wang Yapei 課題組［18］在光熱轉(zhuǎn)換高分子材料方面取得了系列研究成果，他們設(shè)計了一種給體-受體共軛高分子，1 093 nm 處的最大吸收峰在近紅外區(qū)域，所制高分子膜光照1 min 后溫度升高了100 ℃，基于這種材料可以制備光熱-電轉(zhuǎn)換器件。近期，他們又合成了一種可降解、可回收利用的光熱轉(zhuǎn)換超支化聚合物［19］，所用兩種單體的結(jié)構(gòu)見圖1。他們巧妙地利用了亞胺鍵的動態(tài)性，在酸性條件下合成了穩(wěn)定的具有亞胺鍵的共軛超支化高分子，該材料對可見光具有很強的吸收，在光照條件下溫度可升高120 ℃。在含有甲醛的酸性溶液中，所制共軛超支化高分子完全降解為小分子單體，降解后的小分子單體在高溫條件下釋放出甲醛，重新形成共軛超支化高分子，從而可進行重復(fù)利用。

圖1 合成光熱轉(zhuǎn)換超支化聚合物的兩種單體Fig.1 Two kinds of monomers of the photothermal conversion hyperbranched polymer.

Han 等［23］利用碘摻雜反式-1，4-聚異戊二烯制備導(dǎo)電纖維材料，材料中的導(dǎo)電物質(zhì)為共軛聚合物。通過與Wang Yapei 課題組合作，發(fā)現(xiàn)這種材料同樣是很好的光熱轉(zhuǎn)換材料［20］。實驗結(jié)果表明，經(jīng)碘摻雜后的反式-1，4-聚異戊二烯對波長為300～1 700 nm 的光均有吸收，經(jīng)功率為0.9 W、波長為808 nm 的激光照射3 min 后，材料溫度升高了150 ℃，是一種具有優(yōu)異光熱轉(zhuǎn)換功能的聚合物。另外，經(jīng)過反復(fù)多次光照后或放置半年以上，材料的光熱轉(zhuǎn)換能力幾乎沒有改變，表現(xiàn)出極好的穩(wěn)定性。更重要的是，反式-1，4-聚異戊二烯是一種可熔融加工的高分子材料，加工溫度范圍寬?；诖?，通過擠出吹塑法制備了一種具有光熱轉(zhuǎn)換功能的復(fù)合薄膜：將反式-1，4-聚異戊二烯與線型低密度聚乙烯共混后擠出吹塑，再通過碘摻雜得到具有光熱轉(zhuǎn)換功能的薄膜。研究表明，反式-1，4-聚異戊二烯含量為9%（w）的復(fù)合薄膜在碘摻雜后，經(jīng)功率為0.9 W、波長為808 nm 的激光照射3 min后，薄膜溫度升高了35 ℃。該方法適用于大規(guī)模、大面積地制備光熱轉(zhuǎn)換功能薄膜，而且所用原料的來源廣泛，成本低廉。

1.4 其他材料

黑磷是磷的一種同素異形體，二維黑磷單晶片層由位于兩個位面的波浪形磷原子組成，被稱為“磷烯”。黑磷是2014年被發(fā)現(xiàn)的新型二維半導(dǎo)體材料，具有獨特的幾何及電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，這些屬性已經(jīng)使它成為材料學(xué)界的寵兒［24-25］。Shao 等［26-27］采用聯(lián)合探頭超聲和水浴超聲的液態(tài)剝離法，可控制備了橫向尺寸約為2.6 nm 的單原子層厚度超小黑磷量子點，該材料展示了優(yōu)異的近紅外光學(xué)性能，在808 nm 處的消光系數(shù)為14.8 L/（g·cm），光熱轉(zhuǎn)換效率達28.4%。

MXene（M 為過渡金屬，X 為碳或氮）過渡金屬碳化物或氮化物是一種類石墨烯二維材料［28-29］。Li 等［30］發(fā)現(xiàn)這類材料同樣具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換能力。他們使用HF 腐蝕掉Ti3AlC2中的Al，制備了Ti3C2片層材料。Ti3C2在800 nm 處對光有強吸收，比同濃度的碳納米管高出很多。質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL 的Ti3C2水溶液在光照20 s 內(nèi)溫度可升高15 ℃，光熱轉(zhuǎn)換效率接近100%。

2 光熱轉(zhuǎn)換裝置

光熱轉(zhuǎn)換功能材料能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，但是如何將這些分散的熱能收集和利用以供人們使用，需要設(shè)計巧妙的裝置。巧妙的裝置可以是一個完整的解決方案，也可以是一處特殊微結(jié)構(gòu)的改良。光熱轉(zhuǎn)換材料在諸多領(lǐng)域有不同的應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用需求，設(shè)計的裝置不盡相同，但它們的目的都是為了能量的最大化利用和轉(zhuǎn)換。

2.1 加熱裝置

熱能最直接的利用方式即為加熱物質(zhì)，如何最大化利用光能是人們所追求的目標。太陽能熱水器即是一個巧妙的裝置，由集熱管、儲水箱及支架等相關(guān)附件組成，太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)示意見圖2。工作原理為：太陽光穿過吸熱管的第一層玻璃到達第二層玻璃的吸熱層，將太陽光的能量吸收并轉(zhuǎn)化為熱能。由于兩層玻璃之間為絕熱的真空，熱量無法向外傳遞，只能傳遞給吸熱管內(nèi)的水。熱水的密度小而冷水的密度大，加熱后的水變輕，沿著吸熱管受熱面向上運動進入保溫儲水桶，桶內(nèi)溫度相對較低的水沿著玻璃管背光面進入玻璃管補充，如此不斷循環(huán)，使保溫儲水桶內(nèi)的水不斷加熱，從而達到加熱水的目的。兩層玻璃間的真空設(shè)計，極大地減少了熱量的損失。提高第一層玻璃的光透過率，在第二層玻璃上使用高吸收率和低紅外發(fā)射率的光熱轉(zhuǎn)換鍍層，可以進一步提高熱水器的工作效率，這也是目前太陽能熱水器產(chǎn)品著重改進的方向，以解決冬天熱水效率低的問題［31-33］。

圖2 太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic illustration of a common solar water heater.

熱能用于產(chǎn)生蒸汽是另外一種普遍的利用方式。光熱轉(zhuǎn)換功能材料的微結(jié)構(gòu)直接影響熱能向外傳遞的過程［34-40］。Zhu Jia 課題組［35］發(fā)現(xiàn)蘑菇結(jié)構(gòu)在太陽光照下具有高效的蒸發(fā)水能力，原理來自于蘑菇菌蓋的傘形結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)以及菌柄的纖維結(jié)構(gòu)。經(jīng)過碳化的蘑菇，在太陽光照條件下，菌蓋溫度升高到38 ℃，蒸發(fā)水的效率達80%。與此同時，Zhu Jia 課題組［36］在多孔鋁模板上通過物理氣相沉積Au 納米粒子制備的光吸收體，對波長為400 nm至10 μm 的光吸收率達99%，作為太陽能蒸汽產(chǎn)生器，蒸汽產(chǎn)生效率高達90%以上。這一方法制備的光吸收體，還能夠在制備過程中通過控制多孔模板的孔徑大小和沉積參數(shù)，達到對特定波長的光波吸收的目的。除了沉積Au 納米粒子作為光吸收體，其他的金屬納米粒子（如Al 納米粒子［37］）同樣可作為高效光吸收體，而且能夠極大地降低成本。

2.2 能量轉(zhuǎn)換裝置

除了直接利用熱能，還可以將熱能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量進行利用［18，41-42］。兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異會引起兩種物質(zhì)間的電壓差，這一現(xiàn)象被稱為塞貝克效應(yīng)。利用塞貝克效應(yīng)可以將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。Wang Yapei 課題組［18］設(shè)計了一個帕爾帖裝置，將具有光熱轉(zhuǎn)換功能的高分子膜與其中一種導(dǎo)體接觸用于制造溫度差，當光照射高分子膜時，溫度急劇升高，引起兩種接觸導(dǎo)體的溫度差，進而在回路中產(chǎn)生電流。結(jié)果表明，這一裝置在0.82 W 的光照條件下，輸出功率可達553 μW，能量轉(zhuǎn)換效率為0.034%。

直接將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，其輸出功率并不高，為此，Yang 等［42］開發(fā)了一種智能器件迷你發(fā)電機，將太陽光能用于器件自身的垂直運動，結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)機械能向電能的轉(zhuǎn)化。所制智能器件由三部分組成，上半部分是一個超親水的方形盒子，用于束縛一定量的氣體；下半部分是一個超疏水的圓柱體，一方面用于減少流體阻力，另一方面用于攜帶圓形小磁鐵，磁鐵用于產(chǎn)生磁場。當光照射到器件內(nèi)部時，基于光熱效應(yīng)，器件內(nèi)部束縛的氣體開始膨脹，使器件密度逐漸減小，當小于水的密度時，器件開始上浮運動；脫離光源后，內(nèi)部的氣體開始收縮，器件密度逐漸增大至初始狀態(tài)，器件開始下潛運動。器件往復(fù)的垂直運動會帶動磁鐵相對銅線圈運動，改變磁通量，從而產(chǎn)生感應(yīng)電壓。在4.2 W 的光照功率下，迷你發(fā)電機的輸出電壓可達到1.7 V，足以驅(qū)動5個LED 小燈泡發(fā)光。研究人員對器件的運動壽命進行了進一步的考察，發(fā)現(xiàn)器件可以在光照條件下持續(xù)運動8 h 以上，且輸出的電壓保持穩(wěn)定。

2.3 形狀記憶材料

形狀記憶材料是指具有初始形狀的制品在一定的條件下改變其初始條件并固定后，通過外界條件的刺激又可恢復(fù)其初始形狀的材料。將光熱轉(zhuǎn)換功能材料引入熱致形狀記憶材料中，可以實現(xiàn)光對形狀記憶材料的控制。Liu 等［43］設(shè)計了一個含四臂末端烯基的噻吩-克酮酸菁分子，既具備近紅外光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)，同時可作為交聯(lián)劑，實現(xiàn)兩步法非環(huán)烯烴易位聚合交聯(lián)的制備策略，得到含近紅外光熱轉(zhuǎn)換基團的主鏈型液晶彈性體材料，該材料體系內(nèi)近紅外光熱轉(zhuǎn)換基團的含量高達17%（w），使得液晶彈性體材料具備超快的光響應(yīng)速度，在808 nm 近紅外光照射下，材料溫度可以在8 s 內(nèi)從室溫升到260 ℃以上，幾秒內(nèi)完成可逆的光致收縮。此外，得益于主鏈型液晶彈性體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，各向同性相的彈性模量仍可以保持在1.4 MPa 左右，較傳統(tǒng)的側(cè)鏈型液晶彈性體提高了一個數(shù)量級；在近紅外光照射下，可以拉起自身質(zhì)量5 680 倍的物體。

Lim等［44］利用摻雜的聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）作為吸光材料，并將聚二甲基硅氧烷旋涂在上面，制備了兩層的薄膜材料，該薄膜材料在808 nm 的光照條件下溫度能在原基礎(chǔ)上升高130 ℃以上。由于光加熱引起的溫度升高，會使薄膜材料的兩層出現(xiàn)不同程度的變形，引起薄膜材料產(chǎn)生位移；當撤掉光源時，薄膜材料降溫后又恢復(fù)至初始的形狀。將二維薄膜材料變?yōu)槿S結(jié)構(gòu)材料，可以巧妙地設(shè)計成仿捕蠅草的裝置，在有無光照條件下可以進行可逆地合攏與打開，從而在數(shù)秒內(nèi)捕獲并移動物體。

3 光熱轉(zhuǎn)換功能材料的應(yīng)用

光熱轉(zhuǎn)換功能材料是一類極具前景的材料，在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。能源問題是全球面臨的重大難題，中國的能源需求每年持續(xù)增長，光熱轉(zhuǎn)換功能材料的發(fā)展和應(yīng)用，將有望緩解能源緊張。同樣，水資源在一些國家和地區(qū)嚴重不足，威脅人類的生存，將光熱轉(zhuǎn)換功能材料應(yīng)用于水處理和再利用，有望造福于人類。除此之外，光熱轉(zhuǎn)換功能在新興的領(lǐng)域同樣具有潛在的應(yīng)用。

3.1 發(fā)熱纖維

近年來，對功能性纖維材料的需求在紡織、服裝等領(lǐng)域越來越大。光熱轉(zhuǎn)換纖維作為一種新型的保暖性功能纖維，可以選擇性地吸收太陽能并轉(zhuǎn)換為熱能，從而有效提高保溫效果，在運動服裝、冬季保暖服裝和游泳衣方面具有良好的應(yīng)用前景。目前，發(fā)熱纖維通常都是在纖維內(nèi)部引入具有光熱轉(zhuǎn)換功能的無機粒子。如日本三菱化學(xué)公司的Corebid B 纖維，就是芯鞘結(jié)構(gòu)的腈綸短纖維，在芯部植入高濃度的吸光發(fā)熱粒子，使用300 W 反射燈從針織品上方30 cm 處照射，5 min 后針織品內(nèi)部的溫度能達80 ℃，較普通腈綸纖維高30 ℃。

3.2 水處理

沙特阿拉伯是一個缺水的中東國家，因此，他們一直致力于海水淡化的研究。阿卜杜拉國王科技大學(xué)成立了太陽能研究中心，其中一個重要的研究方向為太陽能熱轉(zhuǎn)換，目標是開發(fā)柔性、機械強度高兼具高能量轉(zhuǎn)換效率的高分子光熱轉(zhuǎn)換材料，主要應(yīng)用于光熱海水淡化領(lǐng)域［45-46］。該研究中心的研究思路為：1）將碳基光熱材料引入高分子材料中，制備在水中光照穩(wěn)定的高分子材料；2）開發(fā)窄帶隙的導(dǎo)電或半導(dǎo)電聚合物，這類高分子具有高能量轉(zhuǎn)換效率的光熱轉(zhuǎn)換功能。他們在光熱材料和裝置設(shè)計等方面取得了一系列的研究成果和進展。光熱轉(zhuǎn)換膜用于水處理的示意圖見圖3。在一個密閉的水槽中，將大面積的光熱轉(zhuǎn)換功能膜置于待處理污水或海水的表面，太陽光透過透光膜到達光熱轉(zhuǎn)換功能膜，光熱轉(zhuǎn)換功能膜將光能轉(zhuǎn)換為熱能，使水蒸發(fā)并在頂端冷凝富集，流入收集裝置中，完成污水處理或海水淡化的過程。

圖3 光熱轉(zhuǎn)換膜用于水處理示意圖Fig.3 Schematic illustration of water production by photothermal conversion membranes.

3.3 光熱治療

光熱治療是利用光誘發(fā)的熱對腫瘤進行局部治療而不傷害周圍的健康組織的技術(shù)，作為一種新型的腫瘤治療技術(shù)近年來備受關(guān)注。許多無機光熱轉(zhuǎn)換材料（如Au 納米材料）已經(jīng)廣泛用于光熱治療的研究中。隨著光熱轉(zhuǎn)換材料種類的增多和性能的提升，人們越來越關(guān)心光熱治療走向臨床應(yīng)用的可能性。有機高分子材料因其生物相容性好、可生物降解等優(yōu)點，受到越來越多的關(guān)注［47-52］。Liu 等［48］報道了基于聚多巴胺-黑色素膠體納米球用于體內(nèi)癌癥光熱治療的研究，結(jié)果表明，在紅光照射下，聚多巴胺-黑色素膠體納米球可以有效地殺滅癌細胞以及消除小鼠的癌癥組織，而它本身對細胞和組織具有很好的相容性。Li 等［49］將共軛聚合物通過沉淀法制備成量子點，表現(xiàn)出很好的光熱轉(zhuǎn)換性能，在體內(nèi)和體外都能夠?qū)崿F(xiàn)癌細胞的光熱治療效果。

3.4 光熱殺菌

蒸汽滅菌是醫(yī)學(xué)上廣泛使用的滅菌方法，然而在一些欠發(fā)達地區(qū)，因為電能的缺乏導(dǎo)致無法使用蒸汽滅菌。光熱轉(zhuǎn)換材料在光照作用下，溫度可升至100 ℃以上?；诖?，Li 等［53］報道了利用太陽能產(chǎn)生蒸汽進行滅菌的研究工作，他們在一個10.5 L 的壓力容器中，將生物質(zhì)碳化后制成薄膜材料作為光熱轉(zhuǎn)換材料置于水面上，在光照條件下，水被迅速蒸發(fā)并產(chǎn)生121 ℃的滅菌蒸汽，控制滅菌時間可以有效地殺滅置于其中的細菌。研究結(jié)果還表明，與將光熱轉(zhuǎn)換材料分散于水中相比，光熱轉(zhuǎn)換材料置于水表面能更快和更有效地產(chǎn)生高溫蒸汽。Li 等［54］則利用光熱轉(zhuǎn)換材料中的微量碘來殺滅細菌，他們利用碘摻雜反式-1，4-聚異戊二烯過程中產(chǎn)生的自由基陽離子，在表面引發(fā)聚合，得到表面接枝有熱敏高分子聚（N-異丙基丙烯酰胺）的光熱轉(zhuǎn)換材料。在光照條件下，該材料溫度急劇升高并伴隨有微量碘的產(chǎn)生，殺滅附著在表面的細菌；當撤掉光源后材料溫度降低，引起熱敏高分子聚（N-異丙基丙烯酰胺）構(gòu)象變化，將殺滅的細菌從表面清除，還能達到生物防污的目的。

3.5 迷你發(fā)電機

光熱轉(zhuǎn)換功能材料將光能高效地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽a(chǎn)生的熱能可進一步轉(zhuǎn)化為電能。如前所述，基于塞貝克效應(yīng)可以制備熱電發(fā)電機，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，存在的問題是能量轉(zhuǎn)換效率低，產(chǎn)生的電壓小。近年來發(fā)展火熱的物聯(lián)網(wǎng)，使用的微電子設(shè)備需要的能量和驅(qū)動電壓都很低，熱電發(fā)電機所產(chǎn)生的電能足以驅(qū)動這些物聯(lián)網(wǎng)微電子設(shè)備，因此熱電發(fā)電機也被認為是最有前景的物聯(lián)網(wǎng)供能方案之一。塞貝克效應(yīng)中兩種導(dǎo)體的溫差越大，產(chǎn)生的電壓差越大，因此，使用光熱轉(zhuǎn)換功能材料，熱電發(fā)電機較普通材料可以產(chǎn)生更多能量，適用于更廣泛的應(yīng)用場景。

4 結(jié)語

目前，光熱轉(zhuǎn)換功能材料的種類已經(jīng)十分豐富，包括金屬及金屬氧化物納米材料、碳納米材料、黑磷、有機共軛高分子等。其中，主要以納米材料為主，盡管納米科技的手段和方法越來越多且越來越精細，但是大規(guī)模生產(chǎn)并降低制備成本仍然是面臨的重要問題。有機共軛高分子光熱轉(zhuǎn)換材料具有合成方法多樣、制備加工過程方便、原料來源廣泛等優(yōu)點，是最有可能進行工業(yè)化應(yīng)用的光熱轉(zhuǎn)換功能材料，因此近年來成為越來越多研究者的研究方向。能量的富集和傳熱儲熱材料的使用，是光熱轉(zhuǎn)換功能材料在產(chǎn)業(yè)化道路上所面臨的技術(shù)難點。在傳統(tǒng)的石油化工行業(yè)，高分子材料是極重要的下游產(chǎn)品。光熱轉(zhuǎn)換功能高分子材料賦予了高分子材料更多的功能，不僅可以產(chǎn)生更多的應(yīng)用，同時也將帶來更大的附加值。除了解決材料來源的問題，如何設(shè)計一個可實現(xiàn)應(yīng)用目的的完整裝置，也是至關(guān)重要的。光能轉(zhuǎn)換成熱能的效率可以接近100%，但是對熱能進行綜合利用時，卻很難達到很高的效率。因此，在設(shè)計應(yīng)用裝置時，應(yīng)充分考慮熱量的耗散和轉(zhuǎn)化，盡可能避免能量的損失，才能將能量的利用達到最大化。