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四川大學(xué)張軍華教授團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》:集成雙界面液態(tài)金屬納米液滴設(shè)計(jì)和微納米結(jié)構(gòu)工程助力太陽(yáng)能高效收集
2022-09-11  來(lái)源:高分子科技

  開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能高效利用和收集技術(shù)被認(rèn)為是緩解迫在眉睫的能源危機(jī)的當(dāng)務(wù)之急。光熱技術(shù)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(yáng)光的寬帶強(qiáng)光吸收、低熱損失和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可靠性對(duì)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(shí)實(shí)現(xiàn)這些屬性仍然具有挑戰(zhàn)性。


  近期,四川大學(xué)高分子研究所張軍華教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種多界面集成的光熱納米材料(LMP-rGO),在軟光刻技術(shù)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(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)高效的太陽(yáng)能收集并用于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)發(fā)電和連續(xù)的高功率電力輸出。相關(guān)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ACS Nano》上(Doi: 10.1021/acsnano.2c06245)。四川大學(xué)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(xué)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(qiáng)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(tái)。此外,為了最大限度地提高太陽(yáng)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(zhǎng)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(kuò)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(yīng)用。獲得的微光柵吸收器表現(xiàn)出強(qiáng)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(jī)械性能等理想組合。同時(shí),在無(wú)附加光學(xué)集成設(shè)備下,優(yōu)化的光吸收器其峰值功率密度高達(dá)245.9μW cm-2(圖3),為合理設(shè)計(jì)基于LM的納米復(fù)合液滴用于太陽(yáng)能收集和熱電轉(zhuǎn)換提供了新思路和理論基礎(chǔ)。


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


 圖2 光吸收器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與表征以及光學(xué)性能分析。


 圖3 太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)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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