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能源環(huán)境新聞

利用納秒激光制備石墨烯多孔碳材料,用于高性能太陽能熱界面蒸發(fā)

星之球科技 來源:石墨烯聯(lián)盟2021-11-04 我要評論(0 )   

基于微納米多孔材料的光熱界面蒸發(fā)是利用低密度太陽能實現(xiàn)水凈化的有效節(jié)能新策略,但仍然存在許多挑戰(zhàn),特別是在制備納米結(jié)構以提高性能方面。本文,中國科學院上海光...

基于微納米多孔材料的光熱界面蒸發(fā)是利用低密度太陽能實現(xiàn)水凈化的有效節(jié)能新策略,但仍然存在許多挑戰(zhàn),特別是在制備納米結(jié)構以提高性能方面。本文,中國科學院上海光學精密機械研究所Fenghua Liu等研究人員在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發(fā)表名為“Nanosecond Laser Patterned Porous Graphene from Monolithic Mesoporous Carbon for High-Performance Solar Thermal Interfacial Evaporation”的論文,研究提出一種新方法制備石墨烯多孔碳復合材料和光熱裝置,用于高性能太陽能熱界面蒸發(fā)。

納秒激光可以非常方便地在生物質(zhì)單片多孔碳表面制備石墨烯層,形成堅固的多孔石墨烯-多孔碳復合材料。借助激光,表面石墨烯具有特殊的微觀陣列結(jié)構,有助于增強對廣譜太陽光的吸收。它可以將光吸收能力提高4%,同時顯著改善光熱界面蒸發(fā)。在標準陽光照射(1kWm -2)下,蒸發(fā)率可達1.736kg m-2h-1,能量轉(zhuǎn)換效率高達98.7%。這種性能約是自然水蒸發(fā)的3.5 倍(約0.5 kgm-2h-1)。借助激光,不僅可以從廣泛使用的生物質(zhì)碳中直接、輕松地制備大面積多孔石墨烯,而且成本低廉,更重要的是,還可以同時形成碳基超表面。它代表了石墨烯制造和太陽能熱界面蒸發(fā)的一大步。


圖1、a) 激光輔助制備LMPC的方案和光捕獲增強的可能原理。

b) 使用LMPC的海水太陽能熱蒸發(fā)示意圖。

c) 自浮式 LMPC 裝置的結(jié)構。

d) “SIOM”圖案可以通過激光直寫MPC表面形成。

e) LMPC 樣品的照片。


圖2、微觀結(jié)構


圖3、a) X 射線 ptychography 成像裝置示意圖。通過逐層X射線掃描,可以觀察到微米級通道的分布,再通過3D重建,可以完整觀察到材料內(nèi)部通道分布和孔隙方向的細節(jié)。b) X 射線 ptychography 成像顯示的大塊 MPC 中的多孔結(jié)構和通道。圖中可見大量微米級孔隙(淺色區(qū)域),為液態(tài)水的傳導和蒸汽逸出提供多種通道,促進界面蒸發(fā)。


圖4、a) MPC 和 LMPC 的 X 射線光電子能譜 (XPS) 測量光譜。b) LMPC的C1s的高分辨率 XPS光譜。c) MPC 和 LMPC 的拉曼光譜。d) MPC 和 LMPC 的 FTIR 光譜。


圖5、a) MPC 和 LMPC 的太陽能吸收范圍為 300 到 2500 nm。b) MPC和LMPC器件在不同太陽能照射下隨時間的平均表面溫度曲線。c) MPC 和 LMPC 設備的紅外照片。d) LMPC 的潤濕性。e) LMPC 太陽能熱蒸發(fā)裝置模型的 3D 截面圖。f) 用 COMSOL 模擬的溫度分布顯示了 LMPC 表面的集中熱量,實現(xiàn)了局部熱管理。


圖6、光熱界面蒸發(fā)性能。

文獻:

https://doi.org/10.1002/admt.202101052


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