近日，实验室于坤教授团队在SCI二区工程技术top期刊《International Journal of Heat and Mass Transfer》和《International Communications in Heat and Mass Transfer》上发表了题为“High-performance near-field thermophotovoltaics based on multilayer hyperbolic materials”和“Effect of isotope on the near-field thermophotovoltaics”的研究论文。光学工程博士生李林为第一作者，于坤教授和吴小虎研究员为共同通讯作者，物理学院和山东高等技术研究院为共同通讯单位，该研究成果得到了国家自然科学基金等项目的资助。
近场热光伏(NF-TPV)是一种基于纳米/微尺度辐射传热的高效热电能量转换装置。然而，由于这种纳米级真空间距而导致的辐射传热面积受限、平行度不稳定、总输出功率低、发射极的辐射覆盖频带小以及发射频谱与电池禁带宽度无法有效匹配等难题，使得近场热光伏系统的输出功率密度还不够高，热电转换效率未能达到理论最优值，与实际应用还有一定的距离。输出功率密度的低下和热电转换效率的难以进一步提升，成为了制约近场热光伏系统推广应用的技术瓶颈。
近年来的研究表明，天然双曲材料(HMs)中激发双曲声子极化子(HPhPs)对提高NF-TPV性能具有广阔的潜力。然而，多层HM结构中HPhPs的耦合对NF-TPV系统的影响仍未被探索。针对这一问题，团队提出了一种以不同HMs组成的周期性多层为热发射器的NF-TPV系统。多层结构的性能较单层结构出现明显提升。性能的提高归功于光伏电池带隙上方HPhPs的强耦合。该研究为提高NF-TPV系统在余热回收和可再生能源利用方面的性能提供了新的途径。此外，同位素工程因显著降低声子极化子的光学损耗而受到广泛关注，为热辐射操纵打开了新的大门。同位素质量效应引起的声子线的位移和展宽对近场辐射换热有显著影响。然而，同位素对NF-TPV的影响仍有待进一步研究。对此，团队从理论上分析了不同同位素组成的HM热辐射体的NF-TPV系统的性能。该研究可为基于同位素工程的NF-TPV系统设计提供理论指导，在可再生能源和储能领域具有广阔的应用前景。
近两年，于坤教授团队在近场热辐射、近场热光伏方面取得了系列进展，相关工作发表在Physical Review Applied（2023，20：064015），International Journal of Heat and Mass Transfer（2023，211：124229），International Journal of Heat and Mass Transfer（2023，216：124603）等期刊。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2024.107647， https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125783