Absorbirajo več kot 90 odstotkov sončne svetlobe! Avstralija je razvila novo vrsto grafenskega filma!

Raziskovalci Centra za translacijske atome (CTAM) na Tehnološki univerzi Swinburne v Melbournu v Avstraliji so razvili nov grafenski film, ki lahko absorbira več kot 90 odstotkov sončne svetlobe, hkrati pa je odpravljena večina infrardečih toplotnih emisij, in to je prvo poročilo o tem podvigu.

To je zelo učinkovit metamaterial za sončno ogrevanje, ki se lahko hitro segreje na 83 stopinj Celzija (181 stopinj Fahrenheita) v odprtem okolju z minimalno izgubo toplote. Predlagane aplikacije za film vključujejo zbiranje in shranjevanje toplotne energije, proizvodnjo sončne toplotne energije in razsoljevanje morske vode.

Ustanovni direktor CTAM, prof. Baohua Jia, je dejal, da je absorpcija sončne svetlobe ob zatiranju izgube toplotnega sevanja (znana tudi kot sevanje črnega telesa) ključnega pomena za učinkovite sončne toplotne absorberje, vendar je to izjemno težko doseči. "To je zato, ker se glede na absorbirano toploto in lastnosti absorberja temperatura emisije bistveno razlikuje, kar ima za posledico znatno razliko v njeni valovni dolžini," je pojasnila. Toda razvili smo tridimenzionalni strukturiran grafenski metamaterial (strukturirani grafenski metamateriali, SGM), ki je zelo vpojen in lahko selektivno filtrira sevanje črnega telesa."

Ta tridimenzionalno strukturiran metamaterial grafena je sestavljen iz 30-nanometer debelega izmeničnega grafenskega filma in dielektrične plasti, nanesene na nanostrukturo, podobno jarku, ki služi kot bakren substrat za izboljšano absorpcijo. Še pomembneje je, da so substrati oblikovani v matrični razporeditvi, ki omogoča prilagodljivo nastavljivost selektivne absorpcije valovne dolžine.

Grafenski filmi so zasnovani tako, da absorbirajo svetlobo pri valovnih dolžinah med 0,28 in 2,5 mikrona. Struktura bakrenega substrata omogoča, da deluje kot selektivni pasovni filter, ki zavira normalno emisijo notranje ustvarjene energije črnega telesa. Ta zadržana toplota lahko dodatno poveča temperaturo metamateriala. Zato se lahko SGM hitro segreje do 83 stopinj Celzija. Če so za posebne aplikacije potrebne različne temperature, je mogoče izdelati nove kanalske nanostrukture in jih prilagoditi tako, da ustrezajo določenim valovnim dolžinam črnega telesa. "V našem prejšnjem delu smo pokazali 90-nanometrski grafenski endotermni material," je dejal profesor Jia. Čeprav ga je mogoče segreti na 160 stopinj Celzija, je njegova struktura bolj zapletena, sestavljena iz štirih plasti: substrata, srebrove plasti, plasti silicijevega oksida in sloja grafena. Naša nova dvoslojna struktura je enostavnejša in ne zahteva vakuuma. odlaganje. Metoda izdelave Razširljiva in nizka cena."

Novi material tudi bistveno zmanjša debelino filma za tretjino in uporablja manj grafena, njegova tankost pa pomaga pri učinkovitejšem prenosu absorbirane toplote na druge medije, kot je voda. Poleg tega je film hidrofoben, kar pomaga pri samočiščenju, medtem ko grafenska plast učinkovito ščiti bakreno plast pred korozijo in pomaga podaljšati življenjsko dobo metamateriala.

"Ker so strukturni parametri kovinske podlage glavni dejavnik, ki nadzoruje celotno absorpcijsko zmogljivost SGM, ne pa njegove inherentne lastnosti, se lahko uporabljajo različne kovine glede na potrebe ali stroške uporabe," je dejal Keng-Te Lin, ki je pred kratkim objavljeno v Nature Communications (Nature Communications), vodilni avtor članka o metamaterialah in raziskovalec na univerzi Swinburne. Opozoril je, da bi lahko aluminijasto folijo uporabili tudi za zamenjavo bakra, ne da bi pri tem ogrozili zmogljivost.

Keng-Te je dejal: "Prototip membrane smo uporabili za proizvodnjo čiste vode in dosegli impresivno učinkovitost sončne pare 96,2 odstotka. To je zelo konkurenčno za proizvodnjo energije iz čiste vode z uporabo obnovljivih virov energije. močno."

Dodal je, da bi se metamaterial lahko uporabljal tudi v aplikacijah za pridobivanje in pretvorbo energije, proizvodnjo parne energije, čiščenje odpadne vode, razsoljevanje morske vode in proizvodnjo sončne toplotne energije.

Toda en izziv, ki ostaja, je najti način, kako narediti substrat raztegljiv.

"Sodelujemo z Innofocus Photonics Technology, zasebnim podjetjem, ki je komercializiralo premazni stroj za polaganje grafenskih in dielektričnih plasti," je dejal profesor Jia. "S tem smo zadovoljni. Zdaj iščemo način za proizvodnjo bakrenih substratov v velikem obsegu." Eden od možnih pristopov, dodaja, je proces roll-to-roll.

Medtem raziskovalci nadaljujejo s finim prilagajanjem zasnove nanostrukture, da bi izboljšali stabilnost in učinkovitost absorpcije SGM. "Kar zadeva komercializacijo," je dejal profesor Jia, "mislimo, da je to mogoče v enem do dveh letih."