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四川大學張軍華教授團隊《ACS Nano》：集成雙界面液態(tài)金屬納米液滴設計和微納米結(jié)構(gòu)工程助力太陽能高效收集
2022-09-11  來源：高分子科技

  開發(fā)太陽能高效利用和收集技術被認為是緩解迫在眉睫的能源危機的當務之急。光熱技術在能量收集方面表現(xiàn)出低碳足跡，這與發(fā)展雙碳概念高度吻合。太陽光的寬帶強光吸收、低熱損失和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可靠性對于提高光熱材料的光子收集能力和能量轉(zhuǎn)換效率具有重要意義，然而，同時實現(xiàn)這些屬性仍然具有挑戰(zhàn)性。


  近期，四川大學高分子研究所張軍華教授團隊報道了一種多界面集成的光熱納米材料（LMP-rGO），在軟光刻技術啟發(fā)下，利用模板引入陣列式微光柵光捕獲結(jié)構(gòu)和層次化結(jié)構(gòu)設計，實現(xiàn)高效的太陽能收集并用于太陽能驅(qū)動發(fā)電和連續(xù)的高功率電力輸出。相關成果以“Integrating Dual-Interfacial Liquid Metal Based Nanodroplet Architectures and Micro-Nanostructured Engineering for High Efficiency Solar Energy Harvesting” 為題發(fā)表于《ACS Nano》上（Doi: 10.1021/acsnano.2c06245）。四川大學高分子研究所張軍華教授為論文通訊作者，文章第一作者為四川大學高分子研究所博士研究生楊勝都。


  該光熱納米材料結(jié)構(gòu)主體分別由液態(tài)金屬（LM）核心與厚度可調(diào)的聚多巴胺（PDA）光熱中間層和還原氧化石墨烯（rGO）外殼組成（圖1）。隔熱的PDA層和碳質(zhì)寬頻吸光外殼使其能夠協(xié)同抑制熱損失并加強光子吸收能力，并且LM核心能夠顯著改善熱流密度與分布為熱能轉(zhuǎn)換提供穩(wěn)定均勻的介質(zhì)平臺。此外，為了最大限度地提高太陽能的光熱轉(zhuǎn)換和光子采集率，引入的三維（3D）階梯式微金字塔光柵陣列框架能夠有效的改善光耦合（特別是降低光外耦合損失）、延長光程和提高光吸收效率（圖2）。在可控澆鑄成型策略下，借助聚乙烯醇（PVA）的可擴展性和成本效益，有望在低成本下拓展具有高效光收集和光熱轉(zhuǎn)換能力的柔性S-PVA/LMP-rGO光吸收器應用。獲得的微光柵吸收器表現(xiàn)出強寬帶選擇性光吸收（>94.9%）、出色的光熱轉(zhuǎn)換能力（89.4%）、和穩(wěn)定的機械性能等理想組合。同時，在無附加光學集成設備下，優(yōu)化的光吸收器其峰值功率密度高達245.9μW cm-2（圖3），為合理設計基于LM的納米復合液滴用于太陽能收集和熱電轉(zhuǎn)換提供了新思路和理論基礎。


圖1 多界面液態(tài)金屬納米液滴結(jié)構(gòu)設計，制備，和結(jié)構(gòu)表征。


 圖2 光吸收器的結(jié)構(gòu)設計與表征以及光學性能分析。


 圖3 太陽能驅(qū)動下微光柵吸收器的熱電轉(zhuǎn)換性能。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06245

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（責任編輯：xu）
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