四川大学张军华教授团队《ACS Nano》：集成双界面液态金属纳米液滴设计和微纳米结构工程助力太阳能高效收集

2022-09-11 来源：高分子科技

开发太阳能高效利用和收集技术被认为是缓解迫在眉睫的能源危机的当务之急。光热技术在能量收集方面表现出低碳足迹，这与发展双碳概念高度吻合。太阳光的宽带强光吸收、低热损失和优异的结构可靠性对于提高光热材料的光子收集能力和能量转换效率具有重要意义，然而，同时实现这些属性仍然具有挑战性。

近期，四川大学高分子研究所张军华教授团队报道了一种多界面集成的光热纳米材料（LMP-rGO），在软光刻技术启发下，利用模板引入阵列式微光栅光捕获结构和层次化结构设计，实现高效的太阳能收集并用于太阳能驱动发电和连续的高功率电力输出。相关成果以“Integrating Dual-Interfacial Liquid Metal Based Nanodroplet Architectures and Micro-Nanostructured Engineering for High Efficiency Solar Energy Harvesting” 为题发表于《ACS Nano》上（Doi: 10.1021/acsnano.2c06245）。四川大学高分子研究所张军华教授为论文通讯作者，文章第一作者为四川大学高分子研究所博士研究生杨胜都。

该光热纳米材料结构主体分别由液态金属（LM）核心与厚度可调的聚多巴胺（PDA）光热中间层和还原氧化石墨烯（rGO）外壳组成（图1）。隔热的PDA层和碳质宽频吸光外壳使其能够协同抑制热损失并加强光子吸收能力，并且LM核心能够显著改善热流密度与分布为热能转换提供稳定均匀的介质平台。此外，为了最大限度地提高太阳能的光热转换和光子采集率，引入的三维（3D）阶梯式微金字塔光栅阵列框架能够有效的改善光耦合（特别是降低光外耦合损失）、延长光程和提高光吸收效率（图2）。在可控浇铸成型策略下，借助聚乙烯醇（PVA）的可扩展性和成本效益，有望在低成本下拓展具有高效光收集和光热转换能力的柔性S-PVA/LMP-rGO光吸收器应用。获得的微光栅吸收器表现出强宽带选择性光吸收（>94.9%）、出色的光热转换能力（89.4%）、和稳定的机械性能等理想组合。同时，在无附加光学集成设备下，优化的光吸收器其峰值功率密度高达245.9μW cm^-2（图3），为合理设计基于LM的纳米复合液滴用于太阳能收集和热电转换提供了新思路和理论基础。

图1 多界面液态金属纳米液滴结构设计，制备，和结构表征。

图2 光吸收器的结构设计与表征以及光学性能分析。

图3 太阳能驱动下微光栅吸收器的热电转换性能。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06245

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（责任编辑：xu）

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