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最近，美國科學家研制出一種新型材料和制造工藝，即利用太陽能作為熱能，可以更有效地發電。

除了在(zai)陰(yin)天(tian)和(he)夜間(jian)使(shi)(shi)用(yong)發電(dian)(dian)和(he)電(dian)(dian)源(yuan)存儲，太陽(yang)能(neng)發電(dian)(dian)是成本較(jiao)低(di)的一(yi)種(zhong)能(neng)源(yuan)方案，然而太陽(yang)能(neng)發電(dian)(dian)僅占美國(guo)(guo)電(dian)(dian)力(li)來源(yuan)的2%。美國(guo)(guo)普渡大學一(yi)個研(yan)(yan)究小組研(yan)(yan)制了一(yi)種(zhong)新型材料和(he)制造工藝，使(shi)(shi)利用(yong)太陽(yang)能(neng)（即熱能(neng)）發電(dian)(dian)的方法變得更加(jia)高(gao)效可行。

這一(yi)技術創新是太(tai)陽(yang)能發(fa)電(dian)(dian)與(yu)化石燃(ran)料發(fa)電(dian)(dian)直接(jie)抗衡的(de)重要環節，目前(qian)化石燃(ran)料發(fa)電(dian)(dian)占美國發(fa)電(dian)(dian)總量(liang)的(de)60%以上。普渡大學材料工程系教授Kenneth Sandhage說：“以熱能的(de)形式儲存(cun)太(tai)陽(yang)能，比以電(dian)(dian)池的(de)方式儲存(cun)能量(liang)的(de)成本更低，因此下一(yi)步是降低太(tai)陽(yang)能發(fa)電(dian)(dian)的(de)成本，同時減少溫室氣體排放(fang)。”

這項研(yan)究(jiu)是普渡大學與佐治亞(ya)理工學院、威(wei)斯康星大學麥迪遜分(fen)校和橡樹嶺(ling)國家實驗室合(he)作完成的，發表(biao)在近(jin)期出(chu)版(ban)的《自然(ran)》雜(za)志上。

太(tai)陽能(neng)的(de)利(li)用(yong)方式不僅是通過農場(chang)或者(zhe)屋頂的(de)太(tai)陽能(neng)板獲得(de)熱能(neng)發(fa)電，人們還可(ke)以利(li)用(yong)太(tai)陽熱能(neng)集中(zhong)(zhong)發(fa)電。集中(zhong)(zhong)式太(tai)陽能(neng)發(fa)電站(zhan)通過使用(yong)鏡面或者(zhe)透鏡將(jiang)大量光線聚集在一個小區域，從而(er)將(jiang)太(tai)陽能(neng)轉(zhuan)(zhuan)化為電能(neng)，產生的(de)熱量被轉(zhuan)(zhuan)移(yi)到熔鹽中(zhong)(zhong)。熔鹽的(de)熱量隨(sui)后被轉(zhuan)(zhuan)移(yi)到一種“工(gong)作流體(ti)”——超(chao)臨界二氧化碳，該(gai)流體(ti)會膨脹，工(gong)作過程中(zhong)(zhong)使得(de)渦輪機旋轉(zhuan)(zhuan)發(fa)電。

為(wei)了有效降(jiang)低太陽(yang)能發(fa)(fa)電(dian)成本，渦輪發(fa)(fa)動(dong)機需要以同樣(yang)的熱(re)量產(chan)生(sheng)更(geng)多的電(dian)能，這(zhe)意味(wei)著它(ta)運(yun)行時溫(wen)度(du)更(geng)高(gao)(gao)。該過程(cheng)的技(ji)術瓶頸是(shi)熱(re)交(jiao)(jiao)換(huan)器，它(ta)是(shi)將熱(re)熔鹽的熱(re)量轉(zhuan)移到“工作流體”，目前熱(re)交(jiao)(jiao)換(huan)器是(shi)由不銹鋼或者鎳合(he)金材料制成，在理想高(gao)(gao)溫(wen)條件和(he)超臨界二氧化碳高(gao)(gao)壓下，這(zhe)些材料將變軟(ruan)。

據了解(jie)，Kenneth Sandhage設(she)(she)計靈感來自于之(zhi)前(qian)與同事制造(zao)的(de)(de)“合(he)成(cheng)材料(liao)”，該材料(liao)用作制造(zao)固體燃料(liao)火箭噴嘴，它(ta)可承受(shou)高(gao)溫高(gao)壓。目前(qian)，Kenneth Sandhage和來自麻省理工學院(yuan)的(de)(de)Asegun Henry合(he)作，設(she)(she)計一種類(lei)似(si)的(de)(de)合(he)成(cheng)材料(liao)，制造(zao)更(geng)硬的(de)(de)熱交換器。

陶瓷碳化鋯和(he)金屬鎢(wu)，這兩種材(cai)(cai)(cai)料結合為復雜材(cai)(cai)(cai)料可產生意想不(bu)到的效果。普渡大(da)學研究人員制(zhi)作了陶瓷金屬復合材(cai)(cai)(cai)料板(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)，基于佐(zuo)治亞理工學院Devesh Ranjan帶領研究小組設(she)計的模(mo)擬通(tong)道，顯示該復合材(cai)(cai)(cai)料板(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)可用于定制(zhi)通(tong)道，實現(xian)熱量(liang)轉換。

橡樹嶺國家實驗室EdgarLara-Curzio研究團(tuan)隊對(dui)該復合材料進行了(le)機(ji)械測試，威斯(si)康(kang)星(xing)大學(xue)麥迪(di)遜分校Mark Anderson研究團(tuan)隊進行了(le)腐蝕測試，這(zhe)些測試表明，這(zhe)種新(xin)型復合材料可定(ding)制化適應超臨界二氧化碳的高溫和高壓條件，從而比當前熱交換器更(geng)有效地(di)產生(sheng)電能(neng)。

佐治(zhi)亞理工學(xue)院和(he)普渡大學(xue)研究(jiu)人員的(de)一項(xiang)分析表明(ming)，與(yu)不銹(xiu)鋼或(huo)者(zhe)鎳合金熱交(jiao)換器相(xiang)比，使(shi)用新型材(cai)料制(zhi)造(zao)的(de)熱交(jiao)換器能以同(tong)等或(huo)者(zhe)更低的(de)成本(ben)實現規模化生產制(zhi)造(zao)。

Kenneth Sandhage表示，隨著技術(shu)不斷發展，該(gai)技術(shu)將(jiang)從大規(gui)模(mo)可再(zai)生(sheng)太(tai)陽能向(xiang)電網領域延(yan)伸滲透，這意味(wei)著電力生(sheng)產中人類制造的二(er)氧化碳排放量將(jiang)大幅減少(shao)。