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特殊材料紅外發射能力遠超吸收
文章來源:新能源網     更新時間:2025-07-08 16:21:23
科技日報訊 (記者劉霞)美國賓夕法尼亞州立大學科研團隊研發出一種特殊的多層超材料,在強磁場作用下,其紅外光發射強度顯著超過吸收強度,為收集太陽能、開發熱隱身技術開辟了新路徑。相關論文發表于最新一期《物理評論快報》。

  了解材料如何吸收和發射紅外光(熱)是諸多科學和工程研究領域的核心。1859年,德國物理學家古斯塔夫·基爾霍夫提出的熱輻射定律指出:在特定條件下,材料的紅外光吸收率與發射率始終相等。這一沿用160余年的“互易性”定律已被認為是普遍適用的定律,指導科學家設計和控制熱輻射器件的方法。

  然而,在過去十年間,科學家開始探索可能違反基爾霍夫定律的機制:非互易性。例如,在有外加磁場或者旋轉運動時,一些材料或結構會產生非互易性。2023年,科學家將單層磁光材料砷化銦(InAs)置于約1特斯拉(略低于MRI儀器產生的磁場,但超地球磁場強約10萬倍)的強磁場中,成功實現了非互易性。盡管這一成果證實了理論預測,但非互易性效果甚微。

  在最新研究中,團隊通過創新設計,首次實現了強非互易熱發射——材料的發射率比吸收率高出43%,創下該領域最高紀錄。

  團隊創造了由5層電子摻雜銦鎵砷(InGaAs)制成的“超材料”。每層InGaAs的厚度約為440納米,且摻雜濃度隨層數的增加而增加。隨后,他們將InGaAs轉移到硅基板上,并使用定制的角分辨磁熱發射光譜儀對樣品進行研究。

  測試結果顯示,在267℃高溫環境配合5特斯拉超強磁場,新材料展示出迄今最高的非互易性,且在13—23微米寬光譜范圍保持穩定性能。

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