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  隨著全球社會對碳排放的限制，太陽能因其巨大的總量及可持續性獲得了廣泛的關注，將太陽能高效轉化為電能是解決碳排放重要的方法之一。太陽能轉換為電能的方法主要有兩種：第一種是通過光伏電池將太陽能直接轉化為電能，如鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池等；另一種方法是將太陽能轉化為熱能，然后通過熱電裝置將熱能轉化為電能。第二種方法簡單方便，只需要溫度梯度就可以發電，因此被廣泛用于航空航天、人體等領域。在光熱電轉換的基礎上，高品位電能的產生需要高的轉換效率。雖然熱電材料在過去30年取得了前所未有的發展，總的熱電轉換效率仍然很低，開發一種新的策略來提高從能源到電力的總轉換效率具有重要的意義。另一方面，熱電器件總是被應用于先進的低能耗電子產品（如自供電聯網設備、柔性電子產品等）。這些設備總是暴露在巨大的電磁干擾（EMI）之下，容易出現性能和可靠性下降的情況。因此，開發高電磁屏蔽，同時基于傳統熱電器件提升發電質量和光熱電轉換效率的材料具有廣闊的應用前景。

  基于此，華中科技大學化學與化工學院盧翔副教授/瞿金平院士團隊在Advanced Science上發表了題為“Upgrading electricity generation and electromagnetic interference shielding efficiency via phase-change feedback and simple origami strategy”的論文。他們首次采用了一種簡單的折紙策略來制備柔性多層相變膜（PCF）。以柔性乙烯-醋酸乙烯/石蠟（EVA/PW）薄膜作為相變層，以MXene/Fe₃O₄雙層作為光熱和電磁屏蔽層，制備了一系列的PCFs（圖1）。該PCFs在多次折疊后保持了良好的柔韌性，并能在光熱電轉換中提供穩定而快速的熱能。其光熱電發電功率輸出高達138mW，其能量密度（55.2 W/m²）遠高于以往同類型的材料。其中，該研究首次發現相變過程可以輔助提升產生的電力的品級。而且，在傳統熱電裝置的基礎上，光熱電轉換的總效率提高了11.3%。這一發現對于有效利用太陽能和熱電轉換至關重要。另一方面，通過簡單的折紙工藝，PCFs的電磁屏蔽效率可以從39.2dB調整到71.9dB�？偟膩碚f，本文為多功能材料的制備提供了一種新的策略，采用PCFs作為光收集器，大大提升了產生的電力和光熱電轉換效率。PCFs在EMI屏蔽、能量儲存和轉換方面顯示出廣闊的應用前景。

圖1. 多層復合相變材料的制備過程。

圖2. 多層復合相變材料的電磁屏蔽效率及機理。

  論文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202206835

作者簡介

盧翔，華中科技大學化學與化工學院副教授，主要研究領域為高分子材料的功能化改性及成型加工新方法、新理論。目前已以第一或通訊作者在Advanced Functional Materials, Advanced Science, Chemical Engineering Journal, ACS Applied Materials & Interface, Composites Science and Technology, Composites Part A, Composites Part B等具有重要影響力的國際刊物上發表SCI論文60余篇，主持承擔國家自然科學基金、國家重點研發計劃課題等國家和省部級科技項目多項。