澳研制新式石墨烯薄膜，可吸收90%以上太阳光能

澳大利亚墨尔本斯威本科技大学(Swinburne University of Technology)转化原子资料中心(Center for Translational Atomaterials，CTAM)的研究人员开发了一种新式石墨烯薄膜，这种薄膜能够吸收90%以上的太阳光，一起消除了大部分红外热发射丢失，这是该项豪举的初次报导。

这是一种高效的太阳能加热超资料，能够在敞开环境中以最小的热丢失快速加热到83摄氏度(181华氏度)。该薄膜的拟议运用包含热能搜集和贮存、光热发电和海水淡化。

CTAM开创董事贾宝华教授表明，在吸收太阳光的一起按捺热辐射丢失(也称为黑体辐射)关于高效的太阳能热吸收器至关重要，但要完成这一方针却极为困难。她解说说：“这是因为，依据吸收的热量和吸收体的特性，发射温度不同，导致其波长有明显差异。可是咱们现已开发出了一种三维结构的石墨烯超资料(structured graphenemeta materials,SGM)，它具有很高的吸收性，能够挑选性地滤除黑体辐射。”

这种三维结构的石墨烯超资料由一层30纳米厚的替换石墨烯薄膜和堆积在沟槽状纳米结构上的介电层组成，该结构兼作铜衬底以增强吸收。更重要的是，所述基板以矩阵摆放来图画化，以使得波长挑选性吸收的柔性可调谐性。

石墨烯薄膜的规划吸收波长在0.28到2.5微米之间的光。铜基板的结构使得它能够作为挑选性带通滤波器，按捺内部发生的黑体能量的正常发射。这样保存的热量能够进一步进步明资料的温度。因而，SGM能够快速加热到83摄氏度。假如特定运用需求不同的温度，能够制备和调谐新的沟道纳米结构，以匹配特定的黑体波长。“在咱们之前的工作中，咱们展现了一种90纳米石墨烯吸热资料，”贾教授说。尽管它能够加热到160摄氏度，“但它的结构更为杂乱，包含四层：基底、银层、氧化硅层和石墨烯层。咱们的新双层结构更简略，不需求真空堆积。制作办法可扩展且本钱低。”

这种新资料还将薄膜厚度明显削减到三分之一而运用了较少的石墨烯，其薄度有助于更有效地将吸收的热量传递到其他介质，如水。此外，薄膜是疏水性的，这有助于自我清洁，而石墨烯层有效地维护铜层免受腐蚀，有助于延伸超资料的寿数。

“因为金属基底的结构参数是操控SGM全体吸收功能的首要因素，而不是其固有特性，因而能够依据运用需求或本钱运用不同的金属，”Keng-Te Lin说，他是最近宣布在《天然通讯(Nature Communications)》上的一篇关于超资料的论文的首要作者，也是Swinburne大学的研究员。他指出，铝箔也能够用来替代铜，而不会影响功能。

Keng-Te说：“咱们运用原型机薄膜来出产清洁的水，并获得了96.2%的令人形象深入的太阳能-蒸汽功率。关于运用可再生能源的清洁水发电来说，这是十分有竞争力的。”

他弥补说，这种超资料还能够用于能量搜集和转化运用、蒸汽发电、废水净化、海水淡化和光热发电。

但仍然存在的一个应战是找到一种制作办法，使基板可弹性。

“咱们正在与一家私营公司Innofocus Photonics Technology协作，该公司已将一台涂层机商业化，用于铺设石墨烯和介电层，”贾教授说。“咱们对此感到满足。咱们现在正在寻觅一种合适大规模出产铜基板的办法。”她弥补道，一种或许的办法是选用roll-to-roll工艺。

一起，研究人员还在持续微调纳米结构规划，进步SGM的稳定性和吸收功率。“至于商业化，”贾教授说，“咱们以为这在一到两年内是或许的。”