面向热光伏的表面等离激元增强可见-红外光谱转换调控研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61575177
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0502.光子与光电子器件
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Exploring renewable energy including solar energy provides one of the solutions to the energy crisis and enviromental pollution. Solar thermophotovoltaic technology can break the Shockley-Queisser limit in conversion efficiency and thus shows more appealing prospect with respect to conventional photovoltaic technology. However, in current thermophotovoltaic technology, the conversion efficiency is considerably low. To alleviate this issue, a visible-to-infrared spectrum conversion in structured metals based on surface plasmon polaritons is proposed. The visible light transfers into heat through wide-angle broadband absorption and then the heated emitter radiates narrowband and directional infrared light. Therefore, the conversion efficiency is significantly enhanced. Besides, layered structures integrating absorption layer, thermal transport layer and radiation layer are enabled to miniaturize the device significantly. This project focuses at the visible-to-infrared spectrum coversion and solves two key scientific issues: how to realize efficient absorption of visible light through field enhancement and how to realize coherent thermal radiation of infrared light through field transformation. The physics behind the absorption of visible light, heat transfer and infrared coherent radiation will be investigated. The related integrated device will be designed, fabricated and characterized. The results will provide new ideas not only for developing energy-efficient nano-devices aiming at advanced thermophotovoltaic technology, but also befinite several related disciplinaries including nanophotonics, energy science and material sciences.
新能源是解决能源危机和环境污染的基本途径之一。热光伏相比传统光伏技术,转换效率可以突破Shockley-Queisser极限,具有更广阔应用前景。针对目前热光伏技术中可见-红外光谱转换效率低现状,项目提出基于微纳金属表面等离激元的新型光谱转换技术。该方案创新在于:最大限度在同一低热阻金属集成单元层减小热阻失配,引入突破衍射限制微纳金属结构减小热输运距离,两者结合提升热定向输运效率;利用表面等离激元调控光热和热光能量转换,从而提高光谱转换效率。项目围绕高光谱转换效率这一目标,针对微纳米光场增强光吸收、温度场调控热定向输运、微纳米光场变换红外热辐射三个关键科学问题,研究微纳金属可见-红外光谱转换过程能量转换和输运的物理机理和调控机制,设计、制备和表征相应的集成功能器件。项目的研究成果对于发展面向热光伏的绿色微纳光电子技术和学科综合交叉性(微纳光学、新能源科学、新材料科学等)具有重要意义。

结项摘要

本项目基于微纳金属表面等离激元实现光吸收和红外热辐射,并展示其红外应用。项目在高能效器件研究方面取得进展,在国际光学领域刊物上共发表SCI论文10篇,包括Light Science and Applications2篇,Laser and Photonics Review3篇,Physical Review Letters1篇。项目培养博士生3人,硕士生2人。项目取得代表性研究成果包括:(1)针对金属光热吸收波长和带宽限制,实现多款带宽可重构高效超薄光热吸收器件,包括超宽带(400-1700nm,带宽覆盖可见和近红外波段)高效(84%)光热器件,(2)针对红外热辐射调谐难题,率先将微纳结构与相变材料结合,实现对热辐射率和辐射波长的精确调控,实现对热辐射率大动态范围(0.2-0.97)连续调控, 热辐射强度增加远高于斯特藩-玻尔兹曼定律热辐射,(3)基于红外热辐射率动态调控,首次展示适应背景温度变化的红外伪装技术,当背景温度30-50度变化时,目标红外热辐射率相应改变从而保持伪装状态,同时该技术能在0-60度宽视场角范围保持良好伪装效果。项目的研究成果对于发展绿色微纳光电子技术和学科综合交叉性(微纳光学、新能源科学、新材料科学等)具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dynamic Thermal Emission Control Based on Ultrathin Plasmonic Metamaterials Including Phase-Changing Material GST
基于超薄等离子体超材料(包括相变材料 GST)的动态热发射控制
  • DOI:
    10.1002/lpor.201700091
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    LASER & PHOTONICS REVIEWS
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Qu, Yurui;Li, Qiang;Qiu, Min
  • 通讯作者:
    Qiu, Min
Controlling fluorescence emission with split-ring-resonator-based plasmonic metasurfaces
使用基于裂环谐振器的等离子体超表面控制荧光发射
  • DOI:
    10.1002/lpor.201600299
  • 发表时间:
    2017-05-01
  • 期刊:
    LASER & PHOTONICS REVIEWS
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Luo, Si;Li, Qiang;Qiu, Min
  • 通讯作者:
    Qiu, Min
Control over emissivity of zero-static-power thermal emitters based on phase-changing material GST.
基于相变材料GST的零静态功率热发射体发射率控制
  • DOI:
    10.1038/lsa.2016.194
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    Light, science & applications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Du KK;Li Q;Lyu YB;Ding JC;Lu Y;Cheng ZY;Qiu M
  • 通讯作者:
    Qiu M
Spatially Resolved Dynamically Reconfigurable Multilevel Control of Thermal Emission
热发射的空间分辨动态可重构多级控制
  • DOI:
    10.1002/lpor.201900162
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Laser & Photonics Reviews
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Xu Ziquan;Li Qiang;Du Kaikai;Long Shiwei;Yang Yang;Cao Xun;Luo Hao;Zhu Huanzheng;Ghosh Pintu;Shen Weidong;Qiu Min
  • 通讯作者:
    Qiu Min
Identification and control of multiple leaky plasmon modes in silver nanowires
银纳米线中多种泄漏等离子体激元模式的识别和控制
  • DOI:
    10.1002/lpor.201500192
  • 发表时间:
    2016-03-01
  • 期刊:
    LASER & PHOTONICS REVIEWS
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Yang, Hangbo;Qiu, Min;Li, Qiang
  • 通讯作者:
    Li, Qiang

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其他文献

Study on the Surface Damage Layer in Multiple Grinding of Quartz Glass by Molecular Dynamics Simulation
石英玻璃多次磨削表面损伤层的分子动力学模拟研究
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    --
  • 作者:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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二阶Volterra滤波的递归最大熵算法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS II-EXPRESS BRIEFS
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    赵集;J. Andrew Zhang;李强;张洪斌;王学渊
  • 通讯作者:
    王学渊
类水稻叶多尺度表面构筑与各向疏水性
  • DOI:
    10.1360/n972016-01335
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晶;赵世才;李强;李红;张为;于化东
  • 通讯作者:
    于化东

其他文献

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李强的其他基金

面向碳达峰碳中和的微纳光子结构调控建筑物空间热管理
  • 批准号:
    62375242
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
南方潮湿地区古建壁画微生物腐蚀机理与防治新技术研究
  • 批准号:
    31900104
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目
表面等离激元增强低功耗定点光控纳米焊接
  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    62.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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  • 批准号:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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