Nyeld el a napfény több mint 90 százalékát! Ausztrália új típusú grafénfilmet fejlesztett ki!

A Melbourne-i Swinburne Műszaki Egyetem Translational Atomaterials (CTAM) központjának kutatói új grafénfilmet fejlesztettek ki, amely a napfény több mint 90 százalékát képes elnyelni, miközben az infravörös hőkibocsátási veszteségek nagy része megszűnik, és ez a első jelentés erről a bravúrról.

Ez egy rendkívül hatékony, napenergiával fűthető metaanyag, amely gyorsan 83 Celsius-fokra (181 Fahrenheit-fokra) képes felmelegedni nyílt környezetben minimális hőveszteséggel. A fólia javasolt alkalmazásai közé tartozik a hőenergia begyűjtése és tárolása, a napenergia hőenergia-termelés és a tengervíz sótalanítása.

A CTAM alapító igazgatója, Prof. Baohua Jia elmondta, hogy bár a napfény elnyelése, miközben csökkenti a hősugárzás veszteségét (más néven feketetest-sugárzás), kritikus fontosságú a hatékony napenergia-hőelnyelők szempontjából, ezt rendkívül nehéz elérni. "Ez azért van, mert az elnyelt hőtől és az abszorber tulajdonságaitól függően az emissziós hőmérséklet jelentősen eltér, ami jelentős különbséget eredményez a hullámhosszban" - magyarázta. De kifejlesztettünk egy háromdimenziós strukturált grafén metaanyagot (strukturált grafén metaanyagok, SGM), amely nagy abszorpciós képességgel rendelkezik, és szelektíven képes kiszűrni a feketetest-sugárzást."

Ez a háromdimenziós szerkezetű grafén metaanyag egy 30-nanométer vastag, váltakozó grafénfilmből és egy árokszerű nanoszerkezetre lerakott dielektromos rétegből áll, amely réz szubsztrátként működik a fokozott abszorpció érdekében. Ennél is fontosabb, hogy a hordozók mátrix elrendezésben vannak mintázva, hogy lehetővé tegyék a hullámhossz szelektív abszorpció rugalmas hangolhatóságát.

A grafén filmeket úgy tervezték, hogy 0,28 és 2,5 mikron közötti hullámhosszúságú fényt nyeljenek el. A réz hordozó szerkezete lehetővé teszi, hogy szelektív sávszűrőként működjön, elnyomva a belsőleg generált feketetest-energia normál kibocsátását. Ez a visszatartott hő tovább növelheti a metaanyag hőmérsékletét. Ezért az SGM gyorsan felmelegszik 83 Celsius-fokra. Ha bizonyos alkalmazásokhoz különböző hőmérsékletekre van szükség, új csatorna-nanostruktúrák készíthetők és hangolhatók, hogy megfeleljenek az adott feketetest hullámhosszainak. "Korábbi munkánk során egy 90-nanométeres grafén endoterm anyagot mutattunk be" - mondta Jia professzor. Bár 160 Celsius-fokra melegíthető", szerkezete összetettebb, négy rétegből áll: egy szubsztrátumból, egy ezüstrétegből, egy szilícium-oxid rétegből és egy grafénrétegből. Új kétrétegű szerkezetünk egyszerűbb és nem igényel vákuumot leválasztás. A gyártási módszer Skálázható és alacsony költségű."

Az új anyag emellett jelentősen, harmadával csökkenti a filmvastagságot és kevesebb grafént használ fel, vékonysága pedig elősegíti az elnyelt hő hatékonyabb átadását más közegeknek, például víznek. Ezenkívül a film hidrofób, ami segíti az öntisztulást, míg a grafénréteg hatékonyan védi a rézréteget a korróziótól, segítve a metaanyag élettartamának meghosszabbítását.

"Mivel a fémhordozó szerkezeti paraméterei a fő tényező az SGM általános abszorpciós teljesítményének szabályozásában, nem pedig a benne rejlő tulajdonságai, az alkalmazási igényektől vagy a költségektől függően különböző fémek használhatók" - mondta Keng-Te Lin, aki a közelmúltban. a Nature Communications (Nature Communications) folyóiratban jelent meg, a metaanyagokról szóló tanulmány vezető szerzője és a Swinburne Egyetem kutatója. Megjegyezte, hogy alumíniumfóliával a réz helyettesítésére is használható a teljesítmény csökkenése nélkül.

Keng-Te elmondta: "A prototípus membránt tiszta víz előállítására használtuk, és lenyűgöző, 96,2 százalékos napenergia-hatékonyságot értünk el. Ez nagyon versenyképes a megújuló energiaforrásokat használó tiszta vizes energiatermelésben. erős."

Hozzátette, hogy a metaanyag felhasználható energiagyűjtési és -konverziós alkalmazásokban, gőzenergia-termelésben, szennyvíztisztításban, tengervíz sótalanításában és napenergia-termelésben is.

Az egyik kihívás azonban továbbra is az, hogy megtaláljuk a módját, hogy az aljzatot nyújthatóvá tegyük.

"Az Innofocus Photonics Technology-val dolgozunk, egy magáncéggel, amely egy bevonógépet hozott forgalomba grafén és dielektromos rétegek lerakására" - mondta Jia professzor. "Ennek örülünk. Most keressük a módot réz szubsztrátumok méretarányos előállítására." Hozzáteszi, az egyik lehetséges megközelítés a roll-to-roll folyamat.

Eközben a kutatók folytatják a nanoszerkezet kialakításának finomhangolását, hogy javítsák az SGM stabilitását és abszorpciós hatékonyságát. "Ami a kereskedelmi forgalomba hozatalt illeti," mondta Jia professzor, "szerintünk egy-két éven belül lehetséges."