& # 8220;完美的# 8221;激光蚀刻金属纳米结构的太阳能吸收器

时间:2020-02-19 18:00 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

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罗彻斯特大学的研究实验室最近用激光制造了不沉的金属结构,现在他们已经展示了如何用同样的技术来制造高效的太阳能发电机。

在《光:科学和》上发表的一篇论文中今天(2020年2月4日),同样隶属于物理和材料科学项目的光学教授郭春雷的实验室描述了使用强大的飞秒激光脉冲蚀刻纳米级结构的金属表面,这种纳米级结构只能选择性地吸收太阳波长的光,而不能在其他地方吸收。

一个普通的金属表面是闪亮和高反射。几年前,郭实验室开发了一种黑色金属技术,可以把闪亮的金属变成漆黑一片。“但要做一个完美的太阳能吸收器,”郭说:“我们需要的不仅仅是一种黑色金属,其结果就是这种选择性吸收剂。

这种表面不仅增强了阳光的能量吸收,而且还减少了其他波长的热损耗,实际上,这是第一次制造出完美的金属太阳能吸收材料。郭说。我们还演示了利用热发电装置来利用太阳能。

这对任何热能太阳能吸收装置或收集装置都是有用的。特别是在阳光充足的地方,他补充道。

这项工作由比尔和梅琳达·盖茨基金会、陆军研究办公室和国家科学基金会资助。

研究人员用铝、铜、钢和钨做了实验,发现通常用作热太阳能吸收剂的钨,在经过新型纳米结构处理后,具有最高的太阳能吸收效率。与未经处理的钨相比,这将热能发电的效率提高了130%。

合著者包括来自郭家实验室的Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell和Subhash Singh。

该实验室还利用飞秒激光蚀刻技术制造了超疏水(防水)和超亲水(吸水)金属。例如,在2019年11月,郭的实验室报告了创造出的金属结构,无论它们被压入水中的频率有多高,或被破坏或刺穿的程度有多严重,都不会下沉。

然而,这篇新论文扩展了实验室最初用飞秒激光蚀刻黑色金属的工作。

在制造这种能吸引和排斥金属的水之前,郭和他的助手阿纳托利·沃罗别耶夫(Anatoliy Vorobyev)演示了如何使用飞秒激光脉冲将几乎所有金属变成漆黑一片。金属表面的结构非常有效地捕捉入射的辐射,比如光。但是他们捕获的光的波长范围很广。

随后,他的团队使用了类似的过程,将一系列金属的颜色变成了各种颜色,比如蓝色、金色和灰色,除了已经实现的黑色。这些应用可能包括制造滤色器和光谱设备,一家汽车工厂使用单一激光生产不同颜色的汽车;在冰箱门上蚀刻全彩家庭照片;或者用一枚与你未婚妻蓝眼睛颜色相配的黄金订婚戒指求婚。

实验室还使用了最初的黑色和彩色金属技术,在普通钨丝表面创建了一个独特的纳米和微尺度结构阵列,使灯泡在相同的能源消耗下发出更明亮的光。

“我们将激光束直接射入灯泡玻璃,并改变了灯丝上的一块补丁。当我们点亮灯泡时,我们可以看到这一块明显比其他灯丝亮,”郭说。

参考文献:飞秒激光处理金属的光谱吸收控制及其在光热器件中的应用Sohail A. Jalil, Bo Lai, Mohamed ElKabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell, Subhash Singh和Chunlei Guo, 2020年2月4日,Light: Science &应用程序。

DOI: 10.1038 / s41377 - 020 - 0242 - y

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