铷是“长眼睛”的金属,是本世纪最具潜力的光电材料

2019-11-29


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铷是“长眼睛”的金属,是本世纪最具潜力的光电材料

 

铷最突出的特点在于它的原子核外电子很不稳定,可见光的能量就足以使其原子电离。因此,铷被誉为“长眼睛”的金属,是本世纪最具潜力的光电材料。由于铷具有这一独特的性质,使其在许多领域中有着重要的用途,不但有许多传统的应用领域,而且还出现了一些新的应用领域,特别是在光电领域,显示出起来越重要的作用。

铷磁流体发电

铷磁流体发电是一种用热能直接发电的发电方式。它的基本原理,是使高温导电流体高速通过磁场,切割磁力线,于是出现电磁感应现象而使得导体中出现感应电动势。当在闭合回路中接有负载时,就会有电流输出。磁流体发电不像传统的火力发电那样,要先将热能转换成机械能,然后再将机械能转换成电能。磁流体发电而是直接将热能转换为电能。在磁流体发电装置中,找不到高速旋转的机械部件。当导电流体高速通过磁场时,流体中的带电质点便受到电磁力的作用,正、负电荷便分别朝着与流体运动方向及磁力线方向相互垂直的两侧偏转。在此两侧分别安置着电极,并且它们都与负载相连,这时导电流体中自由电子的定向运动,就形成了电流。磁流体发电是使加热到二三千度高温的具有导电能力的气体,以每秒六百到一千五百米的速度通过磁极,凭借电磁感应而发出电来。铷磁流体发电机作为导电体使用,其作用就象普通发电机中电枢一样。将这种发电机与原子能发电站配合使用,可以使电站的总热效率由29%-32%提高到55%-66%。美国已在蒙大拿州建成了一座50MW的铷磁流体发电装置。

铷热离子发电器

铷热离子发电器是利用二极真空管的原理,也就是利用铷离子的热离子活性,将热能直接转变为电能。当其中充有铷的蒸气时,可以提高热电极的电子发射速度,中和管中的空间电荷,减少集电极的能量损失。目前,主要把这种发电装置与原子的反应堆结合使用,铀棒就是发射极,中子减速剂就是集电极,这样就可在反应堆的内部实现热离子热核发电。美国建造的这种反应堆内热离子发电装置,其功率可达20-100KW。这样的发电方式非常简单,直截了当。热能直接变成电能,省掉了水力和火力发电时的机械转动部分,从而大大提高了能量的利用率。

铷离子推进发动机

铷离子推进发动机主要用于宇宙飞船、地球卫星及星际航行等方面,飞行时要消耗铷,一架带有500克铷的离子推进宇宙飞船,其航程大约是目前常用的装有液体或固体燃料的150倍。同时,这种推进发动装置比冲大、速度快、重量轻。卫星上使用这种推进发动装置可减轻重量10%-15%,用铷离子来推进飞船还可以避免因带着巨量液体或固体燃料飞返时可能发生的爆炸危险。飞船上各式各样的铷制造的仪表,还能保证飞船飞行的高度准确性。目前发射的以铷作为材料的离子推进火箭运行速度已16×104KM/H。无怪乎人们把铷誉为“宇宙飞行时代的珍金”。

铷是红外技术的必需材料

由于铷的晶体中有活动性很强的自由电子,因而它具有良好的导电性、导热性。在一定波长的作用下,铷的电子可获得能量,从金属逸出而产生光电效应。将铷的真空管安装在宾馆或大堂的自动开关门上,当光照射时,由光电效应产生电流,通过一定装置形成的电流使门关上。当人走在自动门附近时,遮住了光,光电效应消失,电路断开,门就会自动打开。光线越强,光电流越大,因此铷是制造光电管、光电池的最好材料。铷是红外技术的必需材料,利用这些光电管、光电池,可以实现一系列的自动控制。如铷有在雾中或夜间吸收红外线的能力。在用铷制成的光学仪器上装上红外辐射光源,当飞机的影子落在光学元件的瞬间能停止工作,故可作防空设备,还可制成红外望远镜,用于军事侦察、边防巡逻、军舰夜航等。

铷可用于太阳能薄膜电池

目前我国建筑能耗约占全社会终端能耗的25%,而城市建筑能源消费约占建筑总能耗的80%。未来随着经济结构调整、人口的迁移、城市群的涌现,建筑能耗占全社会终端能耗的比例将稳定在35%-45%。如何降低城市建筑能耗?随着薄膜太阳能电池的发展,建筑—光伏一体化必将引起越来越多的关注。以后的城市,每座大厦都将是一座分布式光伏发电站。

铷基太阳能薄膜电池以及配套的电池器件的研发获得成功,必将是太阳能利用重大革命性变革,也必将引领该领域的国际发展方向。参照目前的硅基太阳能市场铷基太阳能薄膜电池材料和热电材料的潜在市场前景预期将在10万亿元以上。

光鼎国际控股集团与北京科技大学合作,开展了铷基钙钛矿太阳能薄膜电池的研究,目前取得了突破性进展,光电转换率达21.06%,处于国际领先地位。在发电成本方面,每度电成本控制在0.3元以内,可完全取消国家补贴持续发展。该项技术参加了由中国科协、国家发改委、中国工程院、九三学社中央、广东省政府等联合主办的“2017年中国创新创业成果交易会”。同时,也代表广东省两院院士成果参展。若该项先进技术全面投产应用,必将改变世界能源格局。

铷这种“长眼睛”的碱金属加入钙钛矿太阳能薄膜电池后,其特点:一是光电转换率显著提高;二是发电成本明显降低;三是稳定性明显提高;四是柔韧性好,可弯曲折叠;五是使用方便,可固定安装,也可移动便携;六是节能环保,无污染,可再生。

由于铷资源的匮乏及价格的昂贵,我国乃至世界对铷的研究不够重视,研究领域重提取轻应用。值得庆幸的是,随着广东龙川天堂山这一世界首个独立铷矿床的公布,中国、美国、 日本、英国、德国、以色列等国纷纷加快了对铷资源研究步伐,相信在不久的将来,研究成果将会出现井喷,一个个以铷科技为基础的产业链将逐步形成,特别是铷在光电领域所具有的特性,铷将是本世纪最具潜力的光电材料,必将出现一场能源革命,改变世界能源格局。