材料小博士:太阳能收集神器降临,究竟是啥能有这么强的神力?

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太阳能,大家都知道是可再生能源,但有个很现实的问题,那就是如何增加它的利用率。各种太阳能转板都派上用场了,可转化率还是不理想,那该咋办呢?其实,原来转化率不高是出自转化的材料,现在技术进步如此飞快,材料方面是否有突破了呢?材料小博士告诉大家,是有的!就是石墨烯了!我们又找到它的另一种新的应用了!

澳大利亚的研究人员近日开发了一种吸收太阳能的石墨烯超薄薄膜,这些薄膜竟只有90纳米厚,比人头发细1000倍!!自然光照下,在开放的环境中它可以迅速加热到160度,所以它在太阳能热能收集方面是具有巨大的潜力的!

有人会问到了,这么厉害的东西究竟是怎么做到的呢?其实,单个石墨烯层的光吸收率仅为2.3%,要有高的光吸收率,必须要用多层结构。然而,多层石墨烯结构很容易重叠变成石墨薄片,失去石墨烯的优异特性,这是一个防止石墨烯恢复成石墨的的挑战。

石墨烯基超材料吸收体原理图

最后,专家们通过用聚合物电介质层分离石墨烯层来克服了这一点,重叠了30个GO石墨烯氧化层,然后通过用飞秒激光束处理薄膜材料来切割材料,该激光束去除部分材料,使其形成由空气槽组成的光栅结构。

这种光栅结构增加了光量的吸收,而且超薄设计也减少了使用的材料量,使其迅速升温。此外,超薄的特性使得从石墨烯加热膜到需要加热的材料(例如水)的热传递变得容易,因此可以用来淡化海水。最最最主要的是这种方法规模大、成本低,有望应用于我们以后的日常生活中。

目前,专家利用这种新型石墨烯基材料还研发出其他了新应用:例如,热光伏学(把热直接转换成电)、太阳能海水淡化、红外线光源及加热器、光学元件、光电探测器等,作用于我们大众。其中最令材料小博士惊讶的是,它竟然还能隐身,我的天呀!通过大规模薄膜包裹一个物体,令光线穿透其表面可形成隐身?!


未来几年,石墨烯潜在的光学应用前景广阔,包括用于激光器、光调制器、发光二极管、太阳电池等领域。另外,由于电子信息迅速发展,将石墨烯应用于触摸屏,液晶显示器、手机和高速电脑芯片等电子产品,也将是一个具有重大意义的新方向。


不过回归到现实,虽然石墨烯具有透明、能带结构连续可调、电子迁移率高等一系列重要的光电特性,有望成为光学领域的超级新星。然而,这些光学元件要达到实际应用水平,仍需要一个艰苦的探索过程。无论石墨烯以后应用在哪个领域,都需要通过一系列合格的检验才能应用于市场上,比如在光学领域,最为主要的就是要检验它的透光率(GB/T 26598-2011 光学仪器用透明导电薄膜规范)。

最后,小博士相信随着材料开发研究的深入,石墨烯基光学复合材料会逐渐揭开它的神秘面纱。

材料小博士:太阳能收集神器降临,究竟是啥能有这么强的神力?
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