熱能的案例
應(yīng)用在熱能表領(lǐng)域中的數(shù)字溫度傳感芯片
熱能表，是適用于測量在熱交換環(huán)路中，被稱作載熱液體的液體所吸收或轉(zhuǎn)換熱能的儀器，它由流量傳感器、溫度傳感器和熱能積算儀三部分組成。熱量表（熱表）又稱熱能表、熱能積算儀，既能測量供熱系統(tǒng)的供熱量又能測量供冷系統(tǒng)的吸熱量。
將一對溫度傳感器分別安裝在通過載熱流體的上行管和下行管上，流量計(jì)安裝在流體入口或回流管上（流量計(jì)安裝的位置不同，測量結(jié)果也不同），流量計(jì)發(fā)出與流量成正比的脈沖信號，一對溫度傳感器給出表示溫度高低的模擬信號，而積算儀采集來自流量和溫度傳感器的信號，利用積算公式算出熱交換系統(tǒng)獲得的熱量。
是一種測量熱變換系統(tǒng)中載熱流體所釋放的熱量的計(jì)量儀表。它使用了高精度、高可靠性電磁流量計(jì)作為流量測量，采用高精度、高穩(wěn)定性的鉑金熱電阻做溫度測量，使該熱能表具有非常優(yōu)異的測量性能。可廣泛應(yīng)用于民用住宅小區(qū)、寫字樓和企事業(yè)單位集中供熱、供暖、空調(diào)等熱量的計(jì)量。
熱能表（heat meter）是用于測量及顯示水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)所釋放或吸收熱量的儀表，熱能表也稱能量表或熱量表是安裝在熱交換回路的入口或出口，用以對采暖設(shè)施中的熱耗進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量及收費(fèi)控制的智能型熱量表。其工作原理是在熱交換系統(tǒng)中安裝熱量表，當(dāng)水流經(jīng)系統(tǒng)時，根據(jù)流量傳感器給出的流量和配對溫度傳感器給出的供回水溫度，以及水流經(jīng)的時間，通過計(jì)算器計(jì)算并顯示該系統(tǒng)所釋放或吸收的熱量。
熱能表會有累積熱量、累積冷量、累積流量的數(shù)字,這些數(shù)字分別代表使用熱量的千瓦時、制冷量和過水量，而入口、出口上的溫度,則代表了供水溫度和回水溫度,溫差代表著供水和回水時所產(chǎn)生。的溫差，累積的時間代表著熱量表跑表的時間，流量則代表了每小時使用了多少立方米的水。
數(shù)字溫度傳感芯片 - T117是數(shù)字模擬混合信號溫度傳感芯片，較高測溫精度±0.1℃，用戶無需進(jìn)行校準(zhǔn)。
展開 天津大學(xué)封偉教授和馮奕鈺研究員團(tuán)隊(duì)新成果：基于太陽熱能循環(huán)利用的溫度控制技術(shù)
太陽熱能的直接利用技術(shù)是顛覆現(xiàn)有空間極端環(huán)境熱能利用模式，構(gòu)建“太空溫室”系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。天津大學(xué)封偉教授研究團(tuán)隊(duì)從2005年開始圍繞“基于分子可逆轉(zhuǎn)變的太陽熱能循環(huán)利用技術(shù)” 開展了一系列開創(chuàng)性工作，并首次提出將可實(shí)現(xiàn)太陽熱能直接利用的材料技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)建未來空間極端環(huán)境的熱控系統(tǒng)。
近日，天津大學(xué)封偉教授和馮奕鈺研究員再次在光熱溫度控制領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，成功制備了集太陽熱吸收、穩(wěn)定存儲與可控輸出于一體的偶氮苯/石墨烯雜化燃料膜，通過控制熱能的輸出功率，實(shí)現(xiàn)了太陽熱能的循環(huán)利用和溫度的精確控制，為未來設(shè)計(jì)空間極端環(huán)境的熱控系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支撐。該研究成果以“Efficient cycling utilization of solar-thermal energy for thermochromic displays with controllable heat output”為題在線發(fā)表于國際期刊Journal of Materials Chemistry A上。
實(shí)現(xiàn)太陽熱能循環(huán)利用的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)并制備兼具高能、長效存儲與可控釋放功能的太陽熱燃料。光致變色分子因能發(fā)生可逆的異構(gòu)化轉(zhuǎn)變而成為太陽熱燃料的重要潛在分子之一。盡管目前已經(jīng)報道了一些光熱燃料，但由于分子能級差與回復(fù)勢壘相互制約，如何通過分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高能量存儲與快速熱釋放，如何優(yōu)化激勵誘導(dǎo)方式，達(dá)到提高輸出功率進(jìn)而精確控制體系溫度的目標(biāo)仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。
封偉教授研究團(tuán)隊(duì)在前期分子設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)（Chem. Soc. Rev. 2018, DOI: 10.1039/C8CS00470F）研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并合成了三枝磺酸偶氮苯接枝石墨烯雜化材料作為核心太陽熱燃料。
展開 地大熱能：未來地?zé)崮芾玫娜N主流模式
地?zé)崮馨l(fā)電主要是利用地下熱能產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行發(fā)電，此過程中不會產(chǎn)生任何的碳排放，此外，地?zé)岚l(fā)電，使受局限的地?zé)崮苤苯永棉D(zhuǎn)化為電能形式，提升了地?zé)崮艿钠肺唬梢詳[脫距離傳輸?shù)闹萍s，使地?zé)犭娔苣鼙还?yīng)給更廣泛的地區(qū)。
類開發(fā)地?zé)岚l(fā)電已經(jīng)有兩百年的歷史了，而中國開發(fā)地?zé)岚l(fā)電也有三十多年了。隨著全球地?zé)岚l(fā)電的技術(shù)和行業(yè)發(fā)展，中國的地?zé)岚l(fā)電也會在世界地?zé)岚l(fā)電的整體格局中占據(jù)可觀的比例，中國地域廣闊、技術(shù)進(jìn)步快、市場需求大，政策上也給予鼓勵和支持，地?zé)岚l(fā)電在中國的發(fā)展具有充足的先天優(yōu)勢和豐厚的后天條件。
主流模式之三：地?zé)徂r(nóng)業(yè)
地?zé)徂r(nóng)業(yè)也是對地?zé)豳Y源進(jìn)行梯級利用的重要板塊之一。作為淺層地?zé)崮艿闹髁骼媚Ｊ街唬袊牡責(zé)徂r(nóng)業(yè)起步并不晚，在地?zé)崮荛_發(fā)之初九建立了種、養(yǎng)殖多業(yè)多學(xué)科的綜合利用示范基地，地?zé)徂r(nóng)業(yè)本身就可以綜合利用，地?zé)徂r(nóng)業(yè)溫室、農(nóng)業(yè)灌溉、地?zé)狃B(yǎng)殖、孵化、農(nóng)產(chǎn)品加工等各種農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)和方面都可以結(jié)合起來，致力于地?zé)岽筠r(nóng)業(yè)建設(shè)，將農(nóng)業(yè)工程技術(shù)與地?zé)豳Y源優(yōu)勢結(jié)合起來，達(dá)到地?zé)崮茉吹某浞掷谩?地大熱能認(rèn)為在地?zé)崮艿禺a(chǎn)的綜合熱能規(guī)劃中，地?zé)徂r(nóng)業(yè)也是現(xiàn)今地?zé)崮芾玫闹匾Ｊ剑谡w的地?zé)衢_發(fā)利用項(xiàng)目中，處于梯級中的一環(huán)，提高地?zé)崮艿哪苄Ю茫瑫r增加農(nóng)產(chǎn)品收入，形成高效、環(huán)保的地?zé)徂r(nóng)業(yè)工程。
同時，為提高地?zé)崮茉吹睦寐剩卮?em>熱能為客戶提供地?zé)衢_發(fā)一站式服務(wù)，為客戶提供地?zé)崮芫C合開發(fā)的整體方案，形成地?zé)崮荛_發(fā)的全套熱規(guī)劃系統(tǒng)，使地?zé)豳Y源能夠從高溫到低溫，從出水到尾水，按部就班地得到充分的利用，爭取將地?zé)崮茉诶眠^程中的熱效率損耗降至最低，極大地提高地?zé)崮艿睦眯剩茖W(xué)合理高效環(huán)保低利用地?zé)豳Y源這種清潔的綠色能源。
展開 重慶大學(xué)孫立東教授課題組Nano Energy：將太陽能同時轉(zhuǎn)化為電能和熱能的“太陽能管”
鑒于此，開發(fā)高度集成的一體化器件，在光電轉(zhuǎn)化的同時收集耗散的熱能并進(jìn)一步利用，是一種提高太陽能整體利用率的有效途徑之一。孫立東教授課題組利用金屬鈦管及表面納米管涂層，設(shè)計(jì)開發(fā)了“太陽能管”，同時實(shí)現(xiàn)光電和光熱轉(zhuǎn)化，獲得了約25.2％的總能量效率。該研究成果為太陽能的高效利用提供了新思路。
【成果簡介】
近日，重慶大學(xué)孫立東教授、西南大學(xué)張善勇教授（共同通訊作者）等人在Nano Energy發(fā)表了題為“A Solar Tube: Efficiently Converting Sunlight into Electricity and Heat”的研究論文。該論文報道了將太陽能同時轉(zhuǎn)化為電能和熱能的一體化器件：太陽能管。該研究的亮點(diǎn)為：選擇具有等離子體頻率較小的金屬鈦實(shí)現(xiàn)將低能量光子向熱能的轉(zhuǎn)換；利用鈦管表面的納米管陣列消除涂層開裂，并用作電子收集電極；開發(fā)了高透明、高導(dǎo)電性、可轉(zhuǎn)移的PEDOT:PSS/Ag NWs/PEDOT:PSS復(fù)合膜，用作管式太陽能電池的透明導(dǎo)電電極。
【圖文導(dǎo)讀】
圖一：太陽能管結(jié)構(gòu)
(a) 太陽輻照光譜；
(b) 典型金屬反射率曲線；
(c) 太陽能管結(jié)構(gòu)示意圖；
(d) 太陽能電池能級圖。
圖二：太陽能電池電子傳導(dǎo)層優(yōu)化
(a, e) 鈦管表面TiO2致密薄膜/納米管薄膜示意圖；
(b, c, f-h) 鈦管表面TiO2致密薄膜/納米管薄膜SEM圖；
(d) 相應(yīng)太陽能電池J-V曲線。
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傳熱學(xué)中熱能傳遞的三種基本方式及研究方法 附傳熱學(xué)電子書籍下載
傳熱學(xué)就是研究由溫差引起的熱能傳遞規(guī)律的科學(xué)，其作用是利用可以預(yù)測能量傳遞速率的一些定律來補(bǔ)充熱力學(xué)分析。傳熱學(xué)與空氣動力學(xué)有著緊密的關(guān)系，了解傳熱學(xué)的相關(guān)知識有助于解決汽車空氣動力學(xué)中發(fā)動機(jī)冷卻、新能源汽車熱管理以及駕駛室空調(diào)性能優(yōu)化等問題。下面分別介紹熱能傳遞的三種基本方式和傳熱學(xué)的研究方法。
一、熱能傳遞的三種基本方式
熱傳遞有三種基本方式，分別為熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。
1.熱傳導(dǎo)（heat conduction）
物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動互相撞擊，使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程，叫做熱傳導(dǎo)，又稱導(dǎo)熱。物體或系統(tǒng)內(nèi)的溫度差，是熱傳導(dǎo)的必要條件。熱傳導(dǎo)是固體中傳熱的主要方式，在不流動的液體或氣體層中逐層傳遞，在流動情況下常與熱對流同時發(fā)生。
熱傳導(dǎo)
熱傳導(dǎo)有如下幾個特點(diǎn)：
①必須有溫差
②物體直接接觸
③依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動而傳遞熱量，不發(fā)生宏觀的相對位移
④沒有能量形式之間的轉(zhuǎn)化
2.熱對流（heat convection）
熱對流，指流體的宏觀運(yùn)動而引起的流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷、熱流體相互摻混所導(dǎo)致的熱量傳遞過程。熱對流僅能發(fā)生在流體中，而且由于流體中的分子同時在進(jìn)行著不規(guī)則的熱運(yùn)動，因而熱對流必然伴隨有熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。熱對流有三種基本形式，分別是自然對流、強(qiáng)迫對流以及湍流。在工程應(yīng)用上更注重的是流體流過一個物體表面時，流體與物體表面間的熱量傳遞過程，并將該過程稱為對流傳熱。
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基于comsol的垂直套管干熱巖熱能采集仿真分析
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</div><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p> 此次針對干熱巖熱能采集，使用comsol的流體和多孔介質(zhì)熱模塊建立了管道換熱部分的分析模型。</p><p>這是一個垂直套管的換熱管道，內(nèi)部冷水進(jìn)，外管熱水出，整體管長100米。</p><p> 外管材料為304不銹鋼和內(nèi)管材料為PV管，換熱介質(zhì)為水，儲層介質(zhì)為堆積石英砂。
展開 科學(xué)家研制神奇液體：把太陽能裝在瓶子里保存幾年
圖示：瑞典哥德堡查爾默斯理工大學(xué)教授開發(fā)的太陽能熱能燃料儲能系統(tǒng)
瑞典科學(xué)家研制出一種特殊液體，可以吸收少量太陽能并儲存起來，然后在需要的時候釋放出來。
太陽能是一種清潔能源，如果我們可以把太陽能裝進(jìn)瓶子，即便沒有太陽光，也可以為我們提供能源，但這種想法能實(shí)現(xiàn)嗎？
幾十年來科學(xué)家們一直在尋找方法，現(xiàn)在瑞典研究人員表示，相關(guān)工作有了重大進(jìn)展。他們已經(jīng)開發(fā)出一種特殊的液體，可以吸收少量太陽能，并儲存幾個月甚至幾年，然后在需要的時候釋放出來。如果這種太陽能熱能燃料能夠得到完善，它可能會取代化石燃料，并幫助解決我們面臨的全球變暖問題。
與石油、煤炭和天然氣不同，太陽能熱能燃料是可重復(fù)使用的，而且對環(huán)境友好。這種燃料能夠在不排放二氧化碳和其他溫室氣體的前提下釋放能量。
麻省理工學(xué)院研究此類材料的實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人杰弗里 格羅斯曼(Jeffrey Grossman)表示:“太陽能熱能燃料就像可充電電池，但與電能不同的是，需要先吸收陽光，然后在需要的時候?qū)崃酷尫懦鰜怼！?在瑞典哥德堡查爾默斯理工大學(xué)的物理大樓屋頂上，卡斯珀·莫斯-保爾森（Kasper Moth-Poulsen）建造了一個原型系統(tǒng)，用于測試研究小組開發(fā)的新型太陽能熱能燃料。
當(dāng)泵驅(qū)動液體循環(huán)通過透明管道時，來自太陽的紫外光會激發(fā)其分子進(jìn)入充能狀態(tài)。光使得燃料中碳、氫和氮原子之間的鍵進(jìn)行重新排列，將一種被稱為降冰片二烯的化合物轉(zhuǎn)化為一種四環(huán)烷的化合物。由于能量被強(qiáng)化學(xué)鍵所束縛，即使當(dāng)它冷卻下來時，四環(huán)烷仍然保留著捕獲的太陽能。
為了提取儲存的能量，莫斯-保爾森將這種活性燃料通過鈷基催化劑，四環(huán)烷分子就會轉(zhuǎn)變?yōu)榻当＿@種轉(zhuǎn)化釋放出大量的熱量，足以將燃料的溫度提高63攝氏度。
圖示：這種能量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行。
展開 新磁流體發(fā)電機(jī)--用磁場中的“電子管”來發(fā)電的設(shè)備！
7、熱源以較高功率持續(xù)加熱發(fā)射板A，保證發(fā)射板在輻射電子流后損失熱能后仍能保持在正常的工作溫度（700-900攝氏度）。
發(fā)電過程：熱源持續(xù)均勻加熱金屬板A發(fā)射器，達(dá)到工作溫度后，發(fā)射器開始向外持續(xù)輻射熱電子流，熱電子流在外加電場作用下，趨向向上運(yùn)動，運(yùn)動的電子流在磁場作用下轉(zhuǎn)向，到達(dá)電子收集板（需磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B足夠大），發(fā)射器與接收器就形成了較高的電勢差。當(dāng)兩者通過外電路接通時，負(fù)載上就有電流通過，這就是發(fā)電過程。
能量轉(zhuǎn)換過程:由于引入外電場E一定程度上抵消了逸出電場的影響，發(fā)射器可發(fā)射高強(qiáng)度的熱電子流，熱源加熱發(fā)射器的熱能被大功率轉(zhuǎn)換為熱輻射電子逸出功與初動能。運(yùn)動的熱電子流垂直穿越磁場時,在洛倫茲力作用下轉(zhuǎn)向，到達(dá)收集器（各電子收集板之間有導(dǎo)線互連構(gòu)成收集器），最終從收集器上連接負(fù)載，就可以和發(fā)射器構(gòu)成回路，而獲得電功率。由于定向電子流相對于磁場垂直運(yùn)動的速度很快，因此可以產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢。只要熱源以足夠功率持續(xù)加熱，保證發(fā)射極維持在工作溫度，電子流穩(wěn)定持續(xù)，整個發(fā)電過程可持續(xù)進(jìn)行。由于在整個發(fā)電過程中，只有熱電子流到達(dá)收集器時，一部分能量轉(zhuǎn)化為收集板的熱能而損失掉，其它大部分熱能都轉(zhuǎn)換為電能，所以發(fā)電機(jī)是高效的。當(dāng)然發(fā)射極也會向外熱輻射，損失一部分能量。
能量轉(zhuǎn)換過程：熱能——》電子流——》電能與廢熱（廢熱通過收集板降溫系統(tǒng)排出到外部環(huán)境）
由于在整個發(fā)電過程中，熱電子流到達(dá)收集器時，一部分能量轉(zhuǎn)化為收集板的熱能而導(dǎo)致收集板溫度上升（熱輻射也會導(dǎo)致收集板溫度上升），會影響發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工作，需用降溫系統(tǒng)將收集板降溫。實(shí)現(xiàn)方法：電子收集板內(nèi)有夾層，可讓液氮流過夾層汽化來帶走廢熱，讓收集板保持較低溫度。
展開 熱泵在碳中和中的作用與意義
從能源利用角度來看，熱泵是一種使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置，其基本原理如圖1-2所示，通過輸入1個單位的高位能（如電能）驅(qū)動熱泵循環(huán)，吸收空氣、土壤或水中的熱能后，能夠制取超過1個單位的熱能，因此具有節(jié)能高效的特點(diǎn)。在僅考慮建筑和工業(yè)的終端用熱的熱能占比前提下，我國近一半的終端用能都以熱能的形式消耗了。面對如此大的熱量需求，在有合適的低位熱源條件下，使用熱泵來提供熱能將大大減少整個國家化石燃料的消耗，從而助力碳中和。
圖1?2 熱泵技術(shù)原理圖
從能源革命的角度來看，能源轉(zhuǎn)換鏈條將發(fā)生革命性變化，由目前的“燃料產(chǎn)熱、熱發(fā)電”變革為“綠電生產(chǎn)、電制熱”，如圖1-3所示。2022年6月30日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部及國家發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布的《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》中提到“推動新建公共建筑全面電氣化，到2030年電氣化比例達(dá)20%”，這在之前的政策中相當(dāng)少見，凸顯了國家推動能源鏈條轉(zhuǎn)換的堅(jiān)定信心。熱泵作為一種可再生能源利用裝置，在“熱→電”到“電→熱”的巨大轉(zhuǎn)換中，將是電制熱的最有效方式。隨著終端電氣化程度的不斷加深，理論上熱泵COP > 1.3（消耗1單位電能制取1.3單位熱能）時便具有可用性，因此在未來熱泵的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)M(jìn)一步擴(kuò)大，成為各行各業(yè)制熱的優(yōu)先選擇。
如圖1-1所示，在2℃情景下，到2050年，我國能源總需求將達(dá)到52億噸標(biāo)煤，其中非化石能源占比超過73%，非化石電力在總電量中比例90%；終端消費(fèi)部門加強(qiáng)以電力替代化石能源直接燃燒利用，電力占終端能源消費(fèi)的比重由當(dāng)前25%提升到約55%。這意味著使用電力驅(qū)動生產(chǎn)中低溫熱能的熱泵比例將大幅提高，并逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源生產(chǎn)低品位熱量的用能方式。
展開 攝氏，華氏，開爾文，關(guān)于溫度的小秘密，你知道多少？
而實(shí)際上，熱就是一種能的形式，物質(zhì)吸收熱能就會變熱，例如燒開水，當(dāng)水吸收到了熱能后就會隨溫度升高而變熱，反之，當(dāng)物質(zhì)失去熱能后就會變冷，如將水放入冰箱中，當(dāng)溫度下降水失去熱能就會變冷。
所以說，溫度是物體內(nèi)部熱能的一種表現(xiàn)形式，熱能的大小就直接決定了溫度的高低。
溫度單位
在日常生活中，我們常使用的溫度單位就是攝氏度，我們還偶爾能聽到另一個溫度單位那就是華氏度，以及國際溫度單位開爾文，這三種溫度單位之間到底有什么區(qū)別呢。
攝氏度（℃）是由瑞典人攝爾修斯提出并命名的，它是以水銀為測溫物質(zhì)，并將水的冰點(diǎn)定為0度，沸點(diǎn)定為100度，將這兩個固定溫度之間分為100等分，每一等分就是1攝氏度。
華氏度（℉）是以水銀溫度計(jì)發(fā)明人華倫海特姓名所命名的，它是以冰水與氯化銨作為測溫物質(zhì)，將水的冰點(diǎn)定為32度，沸點(diǎn)定為212度，將這兩個固定溫度之間分為180等分，每一等分就是1華氏度。
華氏度換算成攝氏度的公式是：（華氏度-32）/1.8，這樣的溫度標(biāo)準(zhǔn)使用并不方便，所以目前也只有巴哈馬，帕勞等少數(shù)幾個國家還在使用華氏度。
開爾文（K) 是國際溫度單位，它是將水的沸點(diǎn)定為373.15K，冰點(diǎn)定為273.15K，并作為計(jì)算起點(diǎn)的溫度，也就是273.15K與常使用的0攝氏度相等，所以與我們常使用的攝氏度就是相差273.15度，如5攝氏度換算成卡爾文溫度就是273.15+5。
還有蘭氏度和列氏度，這兩種都已廢棄不用了。
溫度計(jì)的歷史
人類很早就開始探索測量溫度的辦法，雖然那時候并不知道溫度是什么，卻可以用身體去感受（主要是冷暖），植物的生長情況以及環(huán)境的冷熱變化來定義溫度，甚至冶煉工匠還會通過觀察火焰顏色來判斷火爐內(nèi)的溫度。
展開 
大連化物所劉健/史全《材料化學(xué)》設(shè)計(jì)相變碳?xì)饽z多響應(yīng)熱捕獲和存儲
【科研摘要】
相變材料（PCM）已被廣泛用作熱能存儲系統(tǒng)。然而，傳統(tǒng)的PCM只能通過溫度觸發(fā)來存儲熱能，這極大地限制了其在熱能捕獲應(yīng)用中的通用性。最近，中科院大連化學(xué)物理研究所劉健和史全研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種多響應(yīng)熱能捕獲和存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括摻鐵碳?xì)饽z作為支撐基質(zhì)和二十烷作為PCM。相關(guān)論文Thedesign of phase change materials with carbon aerogel composites formulti-responsive thermal energy capture and storage發(fā)表在《Journalof Materials Chemistry A》上。設(shè)計(jì)的PCM系統(tǒng)具有同時響應(yīng)光，電，磁以及溫度的能力，展示了出色的性能，可將太陽能，電能和磁能轉(zhuǎn)換為以潛熱形式存儲在材料中的熱能。此外，多響應(yīng)PCM表現(xiàn)出35°C的緩和轉(zhuǎn)變開始溫度，212 J g-1的相對較大的熱能存儲密度，在過渡過程中沒有液相泄漏的形狀穩(wěn)定性以及出色的相轉(zhuǎn)變穩(wěn)定性，即使在加熱1000次后，冷卻循環(huán)。該報道的PCM可能會為補(bǔ)充性多能量利用的發(fā)展提供啟示。
【圖文解析】
1.氣凝膠設(shè)計(jì)
摻鐵碳?xì)饽z（FCA）PCM復(fù)合材料的合成過程如圖1所示。FCA源自廉價，環(huán)保且易于獲得的明膠作為碳源。它包含許多官能團(tuán)，例如–NH2，–OH和–COOH。在溶膠-凝膠過程中，F(xiàn)e3+和明膠之間的螯合作用增強(qiáng)了凝膠支架的連接，從而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。冷凍干燥和碳化后，最終形成獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)。在真空條件下將二十碳烷浸漬到FCA中后，獲得了FCA PCM復(fù)合材料。
圖1 FCA PCM復(fù)合材料的合成示意圖。
展開 太陽能資源常見的利用方式有哪些？如何使其達(dá)到最大效益？
2.太陽熱能利用：利用太陽能將熱能轉(zhuǎn)化為可用的熱能。太陽能熱水器、太陽能空調(diào)、太陽能熱水地暖等都是太陽熱能利用的典型應(yīng)用。
3.光熱發(fā)電：利用太陽能將熱能轉(zhuǎn)化為電能。通過聚光和反射裝置集中太陽光來加熱工作流體，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。
4.太陽能光化學(xué)：利用太陽能進(jìn)行光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。例如，光合作用中植物通過光能轉(zhuǎn)化二氧化碳和水為氧氣和有機(jī)化合物。
以上幾種常見方式中，光伏發(fā)電近幾年受到政府的大力支持，得到了快速的發(fā)展，如何使其達(dá)到最大利益？
1.合理利用光照資源
組件布局需要合理規(guī)劃，最大限度地提高太陽能的接收效率。采用適當(dāng)?shù)膬A斜角度和朝向，確保光線的最大投射面積，最大程度地獲取太陽輻射能。
2.使用高效光伏組件
隨著科技的不斷進(jìn)步，光伏組件的轉(zhuǎn)換效率不斷提高，選用高效率組件可以提高太陽能的利用率。
3.電能存儲備用
太陽能電池板在白天接收陽光可以源源不斷地供電，多余的電力可以借助儲能設(shè)備存儲起來，以供晚上、陰雨天等不能發(fā)電時使用。
4.利用季節(jié)提升
春季和夏季的白晝時間較長且太陽高度較高，因此太陽能電池板獲得更多的陽光并釋放出更多的能量。平均而言，太陽能電池板系統(tǒng)在 7 月至 8 月的發(fā)電量比 11 月至 12 月多 40-50%，可以在上面運(yùn)行一個交流單元。
5.電站清理維護(hù)
定期給電站進(jìn)行清潔維護(hù)，保障其正常運(yùn)行和接收陽光，從而提升其發(fā)電效益。
展開 用于電子廢熱回收與熱管理的無水熱電凝膠
然而，大部分熱能通常通過直接排放到空氣中而不再利用來浪費(fèi)耗散。而且，熱量積聚還會導(dǎo)致運(yùn)行性能下降、使用壽命縮短以及安全問題。因此，非常迫切發(fā)展出對高效熱管理系統(tǒng)，因?yàn)槿绻?em>熱能能夠有效地作為一種有吸引力的能源進(jìn)行收集，則有可能減少溫室氣體排放并減少對傳統(tǒng)化石燃料的依賴。近年來，水凝膠基熱電電解質(zhì)在熱能收集方面得到了廣泛的研究，通過改進(jìn)電極、電解質(zhì)和器件，在低成本余熱利用方面取得了巨大進(jìn)展。然而，基于熱電凝膠不可避免地面臨著極端環(huán)境的挑戰(zhàn)；在零下的溫度下，水凝膠不可避免地會凍結(jié)并失去導(dǎo)電性和柔韌性，這嚴(yán)重限制了低溫環(huán)境中的性能和潛在應(yīng)用。在研究水凝膠基熱電的環(huán)境適應(yīng)性方面投入了大量精力。另一方面，即使在室溫下，由于水的不斷蒸發(fā)，水凝膠也缺乏持久的水分，從而阻礙了其長期可用性。因此，研究人員通過各種辦法試圖解決上述問題。由于乙二醇（EG）在工業(yè)上被廣泛用作防凍劑，具有良好的防凍性能，而二甲基亞砜DMSO是一種良好的溶劑，具有高沸點(diǎn)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，結(jié)合DMSO/EG二元溶劑的優(yōu)點(diǎn)有望制備出一種新的防凍有機(jī)凝膠，用于極端應(yīng)用環(huán)境。
02
成果掠影
太原理工大學(xué)張虎林教授和臺灣大學(xué)林宗宏教授針對結(jié)合DMSO/EG二元溶劑的優(yōu)點(diǎn)制備出一種新熱耐低溫的電凝膠。以Fe
3+/2+氧化還原的方法和二元有機(jī)溶劑結(jié)合的方式制備了二甲基亞砜(DMSO)/乙二醇(EG)無水熱電凝膠。在0至100%的100個循環(huán)應(yīng)變期間，有機(jī)凝膠保持出色的機(jī)械穩(wěn)定性，熱能保持率高達(dá)85%，熱電凝膠即使在-80℃的低溫下也能保持優(yōu)異的抗凍性。暴露在空氣中7天后，熱能顯示出 90% 的高保留率。這些優(yōu)點(diǎn)是由于DMSO與EG分子之間形成了大量的氫鍵，防止了結(jié)晶，同時阻礙了溶劑的蒸發(fā)。
展開 熱流道二極管在汽車上的應(yīng)用
Gauthier先生說，不象珀耳帖設(shè)備只有7-8%的效率，熱流道二極管最大能利用70%損耗的熱能。形象地說起來，車輪驅(qū)動每用去100千瓦熱能，就有額外的100千瓦熱能通過廢氣和60千瓦熱能通過散熱器損耗掉。用熱流道二極管覆蓋散熱器和廢氣排放系統(tǒng)將能成倍地提高發(fā)動機(jī)的效能。
事實(shí)上，您可以將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)換成一個覆蓋有二極管的小火爐，從而可以生成電驅(qū)動所需的足夠電能，這樣一來，您可以回收發(fā)動機(jī)中泵運(yùn)動、摩擦和不完全燃燒所消耗的能量。汽油驅(qū)動的里程數(shù)將劇增，而廢氣排放量卻直線下降。是不是聽上去好的令人無法置信？可是，事實(shí)確實(shí)如此。至少，目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了成熟階段。 熱道二極管的問題在于為了使電子能經(jīng)受住熱流道的量子物理效應(yīng)產(chǎn)生電能，兩個物體表面必須始終保持一個納米的距離，但不能彼此接觸到。
位于Gibraltar的Power Chips plc公司研發(fā)出一種金屬電鍍層（銀和鈦是應(yīng)用下來最便宜的兩種金屬），將之緊貼于一個中間層兩端，然后對中間層進(jìn)行熱擊，中間層將在兩種金屬物質(zhì)的界面處突然斷裂。這種方法會使得兩個表面在微觀底下顯得比較粗糙，但是間隔距離卻保持的非常完美。通過壓電裝置，最終可達(dá)到所需的一個納米的間隔。但是，如何在大規(guī)模批量生產(chǎn)中以及在隨后車輛開動的情況底下成本低廉地保持住間隔距離成為眼下最大的難題。如果一旦攻克了這項(xiàng)難關(guān)，就如Gauthier先生的結(jié)論所言，“那么我們將告別內(nèi)燃機(jī)時代。”
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