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长三角G60激光联盟导读
北京理工大学纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室研究测量固体材料光热转换效率的方法，相关研究成果以“A general methodology to measure the light-to-heat conversion efficiency of solid materials”为题发表在《Light: Science & Applications》上。
由于光热治疗和太阳能收集等潜在的应用，光热转换已经得到了广泛的研究。光热转换效率作为材料的一项基本特性，准确测量光热转换效率(LHCE)对于开发先进的光热材料至关重要。本文报道了一种光热和电热等效(PEE)方法，通过模拟激光加热过程和电加热过程来测量固体材料的LHCE。首先测量了样品在电加热过程中的温度变化热平衡方程，使我们能够通过在热平衡处进行线性拟合来推导散热系数。在考虑散热系数的情况下，可以计算样品在激光加热下的LHCE。结合理论分析和实验测量，进一步讨论了假设的有效性，得到的误差小于5%，重现性好。该方法对无机纳米晶体、碳基材料和有机材料的LHCE测量具有通用性热平衡方程，表明了该方法对多种材料的适用性。
图1简要描述了PEE法的实验测量和数据分析。电热测量是通过使用热像仪(TGC)确定电阻器上样品的温升来完成的。同样，光热测量是通过测定样品在激光加热下的温升来完成的。通过绘制温度随时间的变化曲线(图1a, b)，可以通过TGC监测平均温度获得最大温度变化(图1c)。通过对最大温度变化与电加热输入功率曲线的线性拟合创业项目，可以得到试样的散热系数(图1d)。在考虑光吸收系数和散热系数的情况下，利用激光加热的热平衡方程计算样品的LHCE。
图1:PEE方法原理图
应用PEE方法，测量了Au纳米棒、PbSe和Cu2Se纳米晶体的LHCE。金纳米棒的透射电镜(TEM)如图2a所示。
图2:Au纳米棒、PbSe纳米晶体和Cu2Se纳米晶体的LHCE计算。
为了证明PEE方法的适用性，我们还测量了碳基材料和聚合物的LHCE，包括多壁碳纳米管分散体(MWCN)(图3a-d)、氧化石墨烯溶胶(GO)、石墨烯分散体和聚苯胺(PANI)(图3e-h)。结果表明，样品在升温过程中没有发生任何相变。
图3:MWCN和PANI的LHCE计算。
为了分析PEE方法的误差和统计分布，记录了MWCN(图4a)、PbSe和Au纳米棒在连续激光加热下10次测试中的温度变化。
图4:所有样品的LHCE。
模型假设分析，为了阐明假设中来自电阻器侧面的热辐射的影响，改变了测试区域的大小，以交替热辐射到样品。
图5:模型假设分析
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