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理想的(de)(de)(de)太陽能吸收(shou)(shou)(shou)體(ti)需要100%的(de)(de)(de)吸收(shou)(shou)(shou)太陽光（可(ke)見和近紅外(wai)波段(duan)）并(bing)且完全抑(yi)制由黑體(ti)輻射引(yin)起的(de)(de)(de)熱損失(shi)（紅外(wai)波段(duan)）。因(yin)此，具有可(ke)調帶(dai)寬，高(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)太陽光波段(duan)的(de)(de)(de)選擇性吸收(shou)(shou)(shou)能力，是(shi)實(shi)現高(gao)效(xiao)率的(de)(de)(de)太陽能收(shou)(shou)(shou)集轉換的(de)(de)(de)前提。

同(tong)(tong)時(shi)，從應用角度考慮(lv)，太陽(yang)能(neng)吸(xi)收體(ti)需(xu)要(yao)具有出色(se)的(de)導熱(re)性和穩定性，而且結構(gou)簡單(dan)易于大面積生(sheng)產(chan)制備(bei)。盡(jin)管在過去的(de)文獻中已提出了多種針對(dui)太陽(yang)光波(bo)段的(de)吸(xi)收體(ti)，但要(yao)在常(chang)規(gui)的(de)材(cai)料和結構(gou)中同(tong)(tong)時(shi)滿足這(zhe)些條件，尤其是對(dui)黑體(ti)輻(fu)射熱(re)損失（即所(suo)收集(ji)到的(de)熱(re)量以輻(fu)射的(de)形(xing)式(shi)散發(fa)到空氣中，形(xing)成不必要(yao)的(de)熱(re)損耗）的(de)有效壓制具有很大挑戰性。

創新研究

最近，澳大利(li)亞斯威本(ben)科技大學Centre for Translational Atomaterials(CTAM,轉(zhuan)化原(yuan)子(zi)材(cai)料中心)的(de)(de)(de)賈寶(bao)華教授(shou)(Prof.BaohuaJia)課題組提出了一種(zhong)三維納(na)米結(jie)構石(shi)墨烯(xi)超(chao)材(cai)料(structured graphenemeta materials,SGM)，如圖1(a)所示(shi)，該納(na)米結(jie)構石(shi)墨烯(xi)超(chao)材(cai)料利(li)用了下方(fang)溝槽狀金屬結(jie)構的(de)(de)(de)波長選擇性，以及超(chao)薄(bo)石(shi)墨烯(xi)超(chao)材(cai)料膜的(de)(de)(de)寬帶無光學色散的(de)(de)(de)特性與(yu)出色的(de)(de)(de)熱(re)傳導性，以實現大角度(du)高效率的(de)(de)(de)太陽(yang)能(neng)光熱(re)轉(zhuan)化。

圖1（a）3D納米(mi)結(jie)構(gou)石墨烯(xi)超(chao)材料（SGM）吸(xi)收(shou)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)概念圖。（b）理(li)想太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)吸(xi)收(shou)體的(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)光譜。理(li)想的(de)(de)(de)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)吸(xi)收(shou)體能(neng)夠有效吸(xi)收(shou)（近乎100%的(de)(de)(de)）太(tai)(tai)陽(yang)光（紅色陰影），并通(tong)過(guo)抑(yi)制熱輻(fu)射(she)（藍色虛線）使能(neng)量損失最小化。X表示黑(hei)體的(de)(de)(de)熱輻(fu)射(she)被抑(yi)制。（c）在開放環境的(de)(de)(de)陽(yang)光下(xia)，SGM吸(xi)收(shou)膜的(de)(de)(de)照(zhao)片(pian)（左）和熱圖像（右）。

此納米結構(gou)石墨烯超(chao)材料具有優異的(de)太(tai)陽(yang)光(guang)譜選擇性（如圖1(b)所示）和(he)全(quan)方向(xiang)性吸收(shou)，以及出色的(de)光(guang)熱(re)性能(neng)和(he)高(gao)熱(re)穩定性。太(tai)陽(yang)能(neng)光(guang)熱(re)轉化(hua)效率(lv)可以達到90.1%。該(gai)材料能(neng)夠高(gao)效率(lv)的(de)加熱(re)水以產生水蒸(zheng)氣(qi)，其蒸(zheng)汽轉化(hua)效率(lv)達到96.2%。

此(ci)外，這種石墨(mo)烯超(chao)材(cai)料薄膜是(shi)使用(yong)低成本可大面積生產的化學法制作的，其(qi)設備已(yi)經被(bei)Innofocus Photonics Technology Pty Ltd.商(shang)業化。其(qi)溝槽狀納米結構則使用(yong)激光(guang)納米三維打印(yin)的方法制作。因此(ci)，這種納米結構石墨(mo)烯超(chao)材(cai)料吸收膜可以實現低成本及規(gui)模化的加工(gong)制作。

該研究(jiu)團隊展示(shi)了納米(mi)結(jie)構(gou)石(shi)墨(mo)烯(xi)超(chao)材料(liao)吸收(shou)膜在太(tai)陽(yang)能光(guang)(guang)熱轉換(huan)中的(de)(de)(de)優異(yi)性能，如圖1(c)所示(shi)。研究(jiu)結(jie)果顯(xian)示(shi)由于(yu)石(shi)墨(mo)烯(xi)超(chao)材料(liao)吸收(shou)膜超(chao)薄(30nm)且高(gao)吸收(shou)的(de)(de)(de)特性，其在太(tai)陽(yang)光(guang)(guang)照射(she)下(xia)溫度可以迅速(su)上(shang)升到(dao)83℃，明顯(xian)高(gao)于(yu)目前最(zui)優的(de)(de)(de)厚(hou)吸收(shou)體（升溫到(dao)60℃）。這種(zhong)石(shi)墨(mo)烯(xi)超(chao)材料(liao)為基于(yu)二維材料(liao)的(de)(de)(de)大面積太(tai)陽(yang)能收(shou)集(ji)和強吸收(shou)光(guang)(guang)子(zi)轉換(huan)器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)研究(jiu)及應用(yong)開辟了新途徑。此外，這種(zhong)納米(mi)結(jie)構(gou)石(shi)墨(mo)烯(xi)超(chao)材料(liao)具有更廣泛的(de)(de)(de)用(yong)途，如太(tai)陽(yang)能光(guang)(guang)熱能量(liang)轉換(huan)、海水淡化(hua)，熱發射(she)源、光(guang)(guang)調(diao)制器(qi)、探測器(qi)等器(qi)件(jian)。

該工作(zuo)(zuo)發表在Nature Communications上(shang)，是賈(jia)寶(bao)華(hua)教授領導的(de)埃米材料(liao)轉化中心(CTAM)既2019年實(shi)現(xian)90納米石墨(mo)烯(xi)完美吸收體后的(de)又一(yi)力作(zuo)(zuo)。對(dui)探索(suo)石墨(mo)烯(xi)在清潔(jie)能源的(de)高效(xiao)利用方面(mian)，有實(shi)際意義。