材料小博士:太陽能收集神器降臨,究竟是啥能有這麼強的神力?

太陽能,大家都知道是可再生能源,但有個很現實的問題,那就是如何增加它的利用率。各種太陽能轉板都派上用場了,可轉化率還是不理想,那該咋辦呢?其實,原來轉化率不高是出自轉化的材料,現在技術進步如此飛快,材料方面是否有突破了呢?材料小博士告訴大家,是有的!就是石墨烯了!我們又找到它的另一種新的應用了!

材料小博士:太陽能收集神器降臨,究竟是啥能有這麼強的神力?

澳大利亞的研究人員近日開發了一種吸收太陽能的石墨烯超薄薄膜,這些薄膜竟只有90納米厚,比人頭髮細1000倍!!自然光照下,在開放的環境中它可以迅速加熱到160度,所以它在太陽能熱能收集方面是具有巨大的潛力的!

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有人會問到了,這麼厲害的東西究竟是怎麼做到的呢?其實,單個石墨烯層的光吸收率僅為2.3%,要有高的光吸收率,必須要用多層結構。然而,多層石墨烯結構很容易重疊變成石墨薄片,失去石墨烯的優異特性,這是一個防止石墨烯恢復成石墨的的挑戰。

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石墨烯基超材料吸收體原理圖

最後,專家們通過用聚合物電介質層分離石墨烯層來克服了這一點,重疊了30個GO石墨烯氧化層,然後通過用飛秒激光束處理薄膜材料來切割材料,該激光束去除部分材料,使其形成由空氣槽組成的光柵結構。

這種光柵結構增加了光量的吸收,而且超薄設計也減少了使用的材料量,使其迅速升溫。此外,超薄的特性使得從石墨烯加熱膜到需要加熱的材料(例如水)的熱傳遞變得容易,因此可以用來淡化海水。最最最主要的是這種方法規模大、成本低,有望應用於我們以後的日常生活中。

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目前,專家利用這種新型石墨烯基材料還研發出其他了新應用:例如,熱光伏學(把熱直接轉換成電)、太陽能海水淡化、紅外線光源及加熱器、光學元件、光電探測器等,作用於我們大眾。其中最令材料小博士驚訝的是,它竟然還能隱身,我的天呀!通過大規模薄膜包裹一個物體,令光線穿透其表面可形成隱身?!

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未來幾年,石墨烯潛在的光學應用前景廣闊,包括用於激光器、光調製器、發光二極管、太陽電池等領域。另外,由於電子信息迅速發展,將石墨烯應用於觸摸屏,液晶顯示器、手機和高速電腦芯片等電子產品,也將是一個具有重大意義的新方向。

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不過迴歸到現實,雖然石墨烯具有透明、能帶結構連續可調、電子遷移率高等一系列重要的光電特性,有望成為光學領域的超級新星。然而,這些光學元件要達到實際應用水平,仍需要一個艱苦的探索過程。無論石墨烯以後應用在哪個領域,都需要通過一系列合格的檢驗才能應用於市場上,比如在光學領域,最為主要的就是要檢驗它的透光率(GB/T 26598-2011 光學儀器用透明導電薄膜規範)。

最後,小博士相信隨著材料開發研究的深入,石墨烯基光學複合材料會逐漸揭開它的神秘面紗。

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