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

  開發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出低碳足跡,這與發展雙碳概念高度吻合。太陽光的寬帶強光吸收、低熱損失和優異的結構可靠性對于提高光熱材料的光子收集能力和能量轉換效率具有重要意義,然而,同時實現這些屬性仍然具有挑戰性。


  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),在軟光刻技術啟發下,利用模板引入陣列式微光柵光捕獲結構和層次化結構設計,實現高效的太陽能收集并用于太陽能驅動發電和連續的高功率電力輸出。相關成果以Integrating Dual-Interfacial Liquid Metal Based Nanodroplet Architectures and Micro-Nanostructured Engineering for High Efficiency Solar Energy Harvesting” 為題發表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


  該光熱納米材料結構主體分別由液態金屬(LM)核心與厚度可調的聚多巴胺(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層和碳質寬頻吸光外殼使其能夠協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換提供穩定均勻的介質平臺。此外,為了最大限度地提高太陽能的光熱轉換和光子采集率,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出強寬帶選擇性光吸收(>94.9%)、出色的光熱轉換能力(89.4%)、和穩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換提供了新思路和理論基礎。


圖1 多界面液態金屬納米液滴結構設計,制備,和結構表征。


 圖2 光吸收器的結構設計與表征以及光學性能分析。


 圖3 太陽能驅動下微光柵吸收器的熱電轉換性能。


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

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