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清华大学首次提出一种基于还原氧化石墨烯的选择性吸收膜(G-SSA)


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太阳,作为地球上万物生灵的能量源泉,通过太阳光电磁辐射的形式向地球运送着约1.72E17瓦功率的能量,完全是人类文明当前能量消耗功率的将近9千倍。环绕太阳能的有效地利用,人类仍然以来进行了诸多探寻,促成了太阳能光热、光伏和光化学等诸多研究领域。

太阳能光热切换是一种人们普遍利用的能量切换过程。完全所有材料都不具备一定的吸取太阳光的能力,材料吸取光线之后将热能切换并存储为内部晶格振动、电子撞击的热能。然而,材料中的热能是不更容易留存的,吸光后的高温材料总是通过自身热辐射的形式将热能力学系统给更加低温的周围环境。

通过调控材料表面光谱吸取性能,可以既有效地吸取太阳光能量,又诱导自身的热辐射能量损耗,从而最大化利用太阳能光热切换,这种表面光学能源材料叫作选择性吸取膜(Spectrallyselectiveabsorber,SSA)。自20世纪中旬由以色列科学家明确提出以来,SSA大大发展至今,已普遍应用于太阳能热利用、热光伏、热电等领域。碳基吸光材料(如,炭黑,碳纳米管等)一般具备低的太阳光吸收率(solar0.90),在许多太阳能切换利用领域仍然起着关键作用。

然而,由于过低的热辐射亲率(95%),这些碳基材料也往往引发极大的能量损失,进而妨碍了太阳光热切换利用效率。清华大学程虎虎博士、曲良体教授团队首次明确提出了一种基于还原成水解石墨烯的选择性吸取膜(G-SSA)。通过非常简单地调控石墨烯二维纳米片的还原成程度与还原成水解石墨烯(rGO)的镀层厚度,不仅确保了高的太阳光吸收率(solar0.92),同时具备碳材料中报导的低于热发射率(4%)。与传统的碳基吸光材料比起,G-SSA的热发射率减少了大约95.8%,并且G-SSA的光学截止波长在1.1-3.2m内广谱固定式。

更加最重要的是,这种简单溶胶-凝胶法制取的G-SSA不具备800℃发布命令96小时的耐热性能,这是其他陶瓷恩或者光子晶体恩选择性吸取膜所不更容易超过的。基于G-SSA,他们找到,在太阳光太阳光下产生高温使水具备超快的蒸汽逃逸速度(0.94mgcm2s1)。该项工作将为发展耐高温的选择性吸取膜获取新的策略,并在太阳能光热以及表面吸光调控等领域具备最重要意义。

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涉及论文在线公开发表在AdvancedScience(DOI:10.1002/advs.201903125)上。该论文第一作者为清华大学博士研究生廖启华,研究工作受到了国家重点研发计划项目,国家自然科学基金,清华大学自律科研项目,清华-佛山研究院项目的反对。【英超联赛官方首页】。

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