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澳洲发布新型石墨烯太阳能加热超材料可用于

储热、光热发电、海水淡化等工业领域

近日，澳大利亚墨尔本斯威本科技高校（Swinburne

UniversityofTechnology）转化原子材料中心（Centerfor

TranslationalAtomaterials，CTAM）的讨论人员开发了一种新型石

墨烯薄膜，这种薄膜可以汲取90%以上的太阳光，同时消退了大部分

红外热放射损失，这是该项壮举的首次报道。

这是一种高效的太阳能加热超材料，能够在开放环境中以最小

的热损失快速加热到83摄氏度（181华氏度）。该薄膜的拟议应用包

括热能收集和储存、光热发电和海水淡化。

CTAM创始董事贾宝华教授表示，在汲取太阳光的同时抑制热辐射

损失（也称为黑体辐射）对于高效的太阳能热汲取器至关重要，但要

实现这一目标却极为困难。她解释说：“这是由于，依据汲取的热量

和汲取体的特性，放射温度不同，导致其波长有显著差异。但是我们

已经开发出了一种三维结构的石墨烯超材料（structured

graphenemetamaterials,SGM），它具有很高的汲取性，可以选择性

地滤除黑体辐射。”

这种三维结构的石墨烯超材料由一层30纳米厚的交替石墨烯薄膜

和沉积在沟槽状纳米结构上的介电层组成，该结构兼作铜衬底以增加

汲取。更重要的是，所述基板以矩阵排列来图案化，以使得波长选择

性汲取的柔性可调谐性。

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石墨烯薄膜的设计汲取波长在0.28到2.5微米之间的光。铜基板

的结构使得它可以作为选择性带通滤波器，抑制内部产生的黑体能量

的正常放射。这样保留的热量可以进一步提超群材料的温度。因此，

SGM可以快速加热到83摄氏度。假如特定应用需要不同的温度，可

以制备和调谐新的沟道纳米结构，以匹配特定的黑体波长。

“在我们之前的工作中，我们展现了一种90纳米石墨烯吸热材料，”

贾教授说。虽然它可以加热到160摄氏度，“但它的结构更为简单，

包括四层：基底、银层、氧化硅层和石墨烯层。我们的新双层结构更

简洁，不需要真空沉积。制造方法可扩展且成本低。”

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这种新材料还将薄膜厚度显著削减到三分之一而使用了较少的石

墨烯，其薄度有助于更有效地将汲取的热量传递到其他介质，如水。

此外，薄膜是疏水性的，这有助于自我清洁，而石墨烯层有效地爱护

铜层免受腐蚀，有助于延长超材料的寿命。

“由于金属基底的结构参数是掌握SGM整体汲取性能的主要因素，

而不是其固有特性，因此可以依据应用需求或成本使用不同的金属，”

Keng-TeLin说，他是最近发表在《自然通讯（NatureCommunications）》

上的一篇关于超材料的论文的主要，也是Swinburne高校的讨论员。

他指出，铝箔也可以用来代替铜，而不会影响性能。

Keng-