在太空环境下生长的它如何练就了“点石成金”的超能力?

2019-04-17 14:42:00 来源: 科技日报 作者: 王春

侯树文 本报记者 王春

两年多以前,在太空环境下成长的它搭乘着名为“实践十号”的实验卫星返回到地球。和它一起返航的还有一项超过地球同类物种的“超能力”。这种“超能力”相当于“点石成金”,能把垃圾焚烧热辐射转化为电能。

20164月,我国首颗微重力科学实验卫星——实践十号(SJ-10)返回式科学卫星搭载着 “多功能材料合成炉”进入太空开展科学实验研究。两年多时间过去后,中科院上海硅酸盐所余建定研究员带领的科研团队对空间生长的InxGa1-xSb进行了深入研究,结果表明:通过太空晶体生长实验,在国际上首次获得In含量高达11%且成分均匀、一致的InxGa1-xSb。相关研究结果发表在自然出版集团旗下期刊《微重力》上。

当三元光电晶体(以下简称InxGa1-xSb)中的In含量达到11%左右时充分吸收城市垃圾在焚烧时辐射的不同波长的光谱。也就是说,利用InxGa1-xSb晶体制成的热光伏系统,能把城市垃圾燃烧后的辐射热转换为电能。然而,在地球重力对流的作用下获得的In含量只能达到3%

为提高热光伏转换效率,国内外进行了一系列高浓度In含量InxGa1-xSb晶体的空间生长实验。上世纪九十年代,中日两国开始合作进行InxGa1-xSb的空间晶体生长研究。2011年,日本科学家在国际空间站进行了InxGa1-xSb的空间生长机理研究,但未能获得高浓度In含量的InxGa1-xSb晶体。

余建定研究员带领的科研团队与日本宇宙科学研究所开展国际合作,利用SJ-10科学卫星开展了高浓度In含量InxGa1-xSb的空间晶体生长实验。该团队在SJ-10科学卫星实验前,进行了3年多的地面匹配实验,以不断优化空间晶体生长工艺和参数,并开发了安全可靠的空间晶体生长安瓿。

空间三元晶体的生长采用二元单晶为籽晶和原料,以 GaSb(111)A/InSb/GaSb(111)A的三明治方式安置于安瓿中,在微重力下进行了60多小时的降温凝固生长。科研团队利用电子显微镜、电子探针电子背散射衍射仪等设备对生长后的晶体进行了系统的成分和结构分析。分析结果表明,空间晶体生长界面呈平面状,晶体生长速度为0.145mm/h,晶体生长区域约为7.1mmIn含量x=0.11且均匀一致地分布在晶体生长区,得到了空间微重力条件下成分均匀一致的高浓度In含量的InxGa1-xSb

 

 

InxGa1-xSb晶体的组织和EPMA成分分析结果:(a)断面组织和In的浓度的面分布,(b)沿垂直方向In的浓度分布,(c)沿径向方向In的浓度分布

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