澳大利亞開發(fā)新型石墨烯太陽能加熱超材料

近日，澳大利亞墨爾本斯威本科技大學(xué)（Swinburne University of Technology）轉(zhuǎn)化原子材料中心（Center for Translational Atomaterials，CTAM）的研究人員開發(fā)了一種新型石墨烯薄膜，這種薄膜可以吸收90%以上的太陽光，同時(shí)消除了大部分紅外熱發(fā)射損失，這是該項(xiàng)研究的首次報(bào)道。這是一種高效的太陽能加熱超材料，能夠在開放環(huán)境中以最小的熱損失快速加熱到83℃（181℉）。該薄膜的擬議應(yīng)用包括熱能收集和儲(chǔ)存、光熱發(fā)電和海水淡化。

這種三維結(jié)構(gòu)的石墨烯超材料由1層30 nm厚的交替石墨烯薄膜和沉積在溝槽狀納米結(jié)構(gòu)上的介電層組成，該結(jié)構(gòu)兼作銅襯底以增強(qiáng)吸收。更重要的是，所述基板以矩陣排列來圖案化，以使得波長(zhǎng)選擇性吸收的柔性可調(diào)諧性。

石墨烯薄膜的設(shè)計(jì)吸收波長(zhǎng)為0.28～2.5 μm之間的光。銅基板的結(jié)構(gòu)使得它可以作為選擇性帶通濾波器，抑制內(nèi)部產(chǎn)生的黑體能量的正常發(fā)射。這樣保留的熱量可以進(jìn)一步提高超材料的溫度。因此，SGM可以快速加熱到83℃。如果特定應(yīng)用需要不同的溫度，可以制備和調(diào)諧新的溝道納米結(jié)構(gòu)，以匹配特定的黑體波長(zhǎng)。

這種新材料還將薄膜厚度顯著減少到1/3而使用了較少的石墨烯，其薄度有助于更有效地將吸收的熱量傳遞到其他介質(zhì)，如水。此外，薄膜是疏水性的，這有助于自我清潔，而石墨烯層有效地保護(hù)銅層免受腐蝕，有助于延長(zhǎng)超材料的壽命。

由于金屬基底的結(jié)構(gòu)參數(shù)是控制SGM整體吸收性能的主要因素，而不是其固有特性，因此可以根據(jù)應(yīng)用需求或成本使用不同的金屬，鋁箔也可以用來代替銅，而不會(huì)影響性能。

利用原型機(jī)薄膜來生產(chǎn)清潔的水，并獲得了96.2%的令人印象深刻的太陽能-蒸汽效率。對(duì)于使用可再生能源的清潔水發(fā)電來說，這是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的。這種超材料還可以用于能量收集和轉(zhuǎn)換應(yīng)用、蒸汽發(fā)電、廢水凈化、海水淡化和光熱發(fā)電。