太陽(yang),作為地(di)球上萬物生靈的能量(liang)源泉,通(tong)過(guo)太陽(yang)光(guang)(guang)(guang)(guang)輻(fu)射的形式向地(di)球輸送著約1.72E17瓦功率的能量(liang),幾乎是人(ren)類文明當前能量(liang)消耗功率的近9千倍。圍繞(rao)太陽(yang)能的有(you)(you)效利用,人(ren)類一直以來展開了(le)諸多探索,催生了(le)太陽(yang)能光(guang)(guang)(guang)(guang)熱(re)、光(guang)(guang)(guang)(guang)伏(fu)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)化學(xue)等諸多研究領域。太陽(yang)能光(guang)(guang)(guang)(guang)熱(re)轉換是一種人(ren)們廣(guang)泛(fan)利用的能量(liang)轉換過(guo)程。幾乎所有(you)(you)材料都具備一定的吸收(shou)太陽(yang)光(guang)(guang)(guang)(guang)的能力,材料吸收(shou)光(guang)(guang)(guang)(guang)線之(zhi)后將光(guang)(guang)(guang)(guang)能轉換并(bing)存(cun)儲為內部晶格振動、電(dian)子(zi)碰撞(zhuang)的熱(re)能。
然(ran)而,材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)熱(re)能(neng)(neng)是(shi)不容(rong)易保存的(de)(de)(de),吸(xi)(xi)光(guang)(guang)(guang)后的(de)(de)(de)高溫材(cai)料(liao)總(zong)是(shi)通過自身(shen)(shen)熱(re)輻(fu)射(she)的(de)(de)(de)形式將熱(re)能(neng)(neng)耗散給更為低(di)溫的(de)(de)(de)周圍(wei)環境。通過調(diao)控材(cai)料(liao)表面(mian)光(guang)(guang)(guang)譜吸(xi)(xi)收性(xing)能(neng)(neng),可以(yi)既(ji)有效地(di)吸(xi)(xi)收太(tai)陽光(guang)(guang)(guang)能(neng)(neng)量(liang),又(you)抑制自身(shen)(shen)的(de)(de)(de)熱(re)輻(fu)射(she)能(neng)(neng)量(liang)損耗,從而最大化利(li)用太(tai)陽能(neng)(neng)光(guang)(guang)(guang)熱(re)轉換,這(zhe)種表面(mian)光(guang)(guang)(guang)學(xue)能(neng)(neng)源材(cai)料(liao)叫(jiao)做選(xuan)擇性(xing)吸(xi)(xi)收膜(Spectrally selective absorber,SSA)。自20世紀中(zhong)旬由以(yi)色列科學(xue)家(jia)提出以(yi)來,SSA不斷發展至今(jin),已(yi)廣泛應用于太(tai)陽能(neng)(neng)熱(re)利(li)用、熱(re)光(guang)(guang)(guang)伏(fu)、熱(re)電等(deng)領(ling)域。
碳基(ji)吸光材(cai)料(如(ru),炭黑,碳納米(mi)管等)一般具有高的(de)太陽光吸收(shou)率(lv)(lv)(αsolar》0.90),在許(xu)多太陽能(neng)(neng)轉換利(li)用(yong)領域(yu)一直起著關鍵作用(yong)。然而(er),由于(yu)過高的(de)熱(re)輻射率(lv)(lv)(》95%),這些碳基(ji)材(cai)料也往往引起巨大的(de)能(neng)(neng)量損失,進而(er)阻礙(ai)了太陽光熱(re)轉換利(li)用(yong)效率(lv)(lv)。
清華大(da)學程虎虎博士(shi)、曲良體教授團隊首次提出了一種基于還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)氧化石(shi)墨(mo)烯的(de)(de)選擇(ze)性吸收膜(G-SSA)。通(tong)過簡單地調控石(shi)墨(mo)烯二維(wei)納米片的(de)(de)還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)程度與還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)氧化石(shi)墨(mo)烯(rGO)的(de)(de)鍍層(ceng)厚度,不(bu)僅(jin)保證了高的(de)(de)太陽(yang)光吸收率(lv)(αsolar≈0.92),同時具有碳(tan)材料中報道的(de)(de)最(zui)低熱發射率(lv)(≈4%)。
與(yu)傳統的(de)(de)(de)碳基(ji)吸(xi)光材料相(xiang)比,G-SSA的(de)(de)(de)熱(re)發射率降低了約95.8%,并且G-SSA的(de)(de)(de)光學截止(zhi)波長(chang)在(zai)1.1-3.2μm內廣譜可調。更重要的(de)(de)(de)是,這(zhe)種簡便溶膠-凝(ning)膠法制備的(de)(de)(de)G-SSA具備800℃下達(da)(da)96小時的(de)(de)(de)耐熱(re)性能,這(zhe)是其(qi)他陶瓷基(ji)或者光子晶體(ti)基(ji)選擇性吸(xi)收膜所不容易達(da)(da)到(dao)的(de)(de)(de)。基(ji)于G-SSA,他們發現(xian),在(zai)太(tai)陽光照射下產生高(gao)溫使水具有(you)超快(kuai)的(de)(de)(de)蒸汽逃逸(yi)速(su)度(0.94mgcm?2s?1)。
該項工(gong)作(zuo)將為發展耐高(gao)溫的(de)選擇(ze)性吸收膜提供新的(de)策(ce)略(lve),并在(zai)(zai)太陽(yang)能(neng)光熱以及表(biao)面吸光調控等領域具有重要意義(yi)。相關論文在(zai)(zai)線(xian)發表(biao)在(zai)(zai)Advanced Science(DOI : 10.1002/advs . 201903125)上(shang)。