澳大利亚开发新型石墨烯太阳能加热超材料

近日，澳大利亚墨尔本斯威本科技大学（Swinburne University of Technology）转化原子材料中心（Center for Translational Atomaterials，CTAM）的研究人员开发了一种新型石墨烯薄膜，这种薄膜可以吸收90%以上的太阳光，同时消除了大部分红外热发射损失，这是该项研究的首次报道。这是一种高效的太阳能加热超材料，能够在开放环境中以最小的热损失快速加热到83℃（181℉）。该薄膜的拟议应用包括热能收集和储存、光热发电和海水淡化。

这种三维结构的石墨烯超材料由1层30 nm厚的交替石墨烯薄膜和沉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，所述基板以矩阵排列来图案化，以使得波长选择性吸收的柔性可调谐性。

石墨烯薄膜的设计吸收波长为0.28～2.5 μm之间的光。铜基板的结构使得它可以作为选择性带通滤波器，抑制内部产生的黑体能量的正常发射。这样保留的热量可以进一步提高超材料的温度。因此，SGM可以快速加热到83℃。如果特定应用需要不同的温度，可以制备和调谐新的沟道纳米结构，以匹配特定的黑体波长。

这种新材料还将薄膜厚度显著减少到1/3而使用了较少的石墨烯，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，而石墨烯层有效地保护铜层免受腐蚀，有助于延长超材料的寿命。

由于金属基底的结构参数是控制SGM整体吸收性能的主要因素，而不是其固有特性，因此可以根据应用需求或成本使用不同的金属，铝箔也可以用来代替铜，而不会影响性能。

利用原型机薄膜来生产清洁的水，并获得了96.2%的令人印象深刻的太阳能-蒸汽效率。对于使用可再生能源的清洁水发电来说，这是非常有竞争力的。这种超材料还可以用于能量收集和转换应用、蒸汽发电、废水净化、海水淡化和光热发电。