激光蚀刻“完美”的太阳能吸收器
蚀刻金属外观
罗彻斯特大学光学学院的郭春雷教授和他的团队，开发了一种新技术，使用飞秒激光蚀刻金属结构，该技术可用于收集阳光以加热蚀刻的金属表面，然后可以利用热能发电。图片：J。Adam Fenster/罗切斯特大学
罗彻斯特大学的研究实验室最近使用激光来创建水中不会下沉的金属结构，现在他们使用相同的技术来创建高效的太阳能发电机。
光学教授郭春雷的实验室在《光：科学与应用》杂志中发表的一篇文章中描述了使用强大的飞秒激光脉冲蚀刻具有纳米级结构的金属表面，该金属表面仅选择性地吸收阳光的波长。
蚀刻工艺示意图
规则的金属表面有光泽并且具有高反射性。几年前，郭的实验室开发了一种黑色金属技术，该技术将闪亮的金属变黑。郭说：“但是，要制造出完美的太阳能吸收器，我们不仅需要黑色金属，而且还需要一种选择性吸收器。”
郭说，该表面不仅增强了从阳光中吸收能量的能力，而且还减少了其他波长的热损失，实际上是“首次制造出完美的金属太阳能吸收器。我们还演示了利用热发电装置的太阳能利用。”
他补充说：“这对于任何太阳能吸收器或收集装置都是有用的，特别是在阳光充足的地方。”
这项工作由比尔和梅琳达·盖茨基金会，陆军研究办公室和国家科学基金会资助。
研究人员对铝、铜、钢和钨进行了实验，发现通常用作热太阳能吸收剂的钨在经过新的纳米级结构处理后具有最高的太阳能吸收效率。与未经处理的钨相比，这将热发电效率提高了130％。
热电效应提高130%
作者包括Sohail Jalil，Bo Lai，Mohamed Elkabbash，Jihua Zhang，Erik M. Garcell和郭实验室的Subhash Singh。
该实验室还使用飞秒激光蚀刻技术来制造超疏水（拒水）和超亲水（吸水）金属。例如，在2019年11月，郭的实验室报告说，无论被丢入水中的次数多少，损坏或刺穿的程度如何，金属结构都不会沉没。
这项新论文是在实验室最初使用飞秒激光蚀刻的黑金属的基础上展开的。
在制造出亲水和疏水金属之前，郭和他的助手Anatoliy Vorobyev演示了使用飞秒激光脉冲将几乎所有金属块都变黑的过程。在金属上产生的表面结构在捕获入射辐射（例如光）方面非常有效。他们捕获了很宽波长范围内的光。
随后，他的团队使用类似的过程，除了已经实现的黑色之外，还将多种金属的颜色改变了，如如蓝色、金色和灰色。这些应用可能包括制造滤色镜和光谱设备；使用单个激光器生产不同颜色的汽车制造厂；将家庭全彩照片刻在冰箱门上；或造出蓝色的纯金戒指。
该实验室还使用了黑色和彩色金属技术，在规则的钨丝表面上形成了独特的纳米级和微米级结构阵列，从而使灯泡在相同的能耗下可以发出更明亮的光。
郭说：“我们直接发射激光束穿透灯泡玻璃，改变了灯丝上的一个位置。当我们点亮灯泡时，我们可以看到这个改变的地方明显比其余的灯丝更亮。”
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