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通过激光蚀刻具有纳米级结构的金属制成的“完美”太阳能吸收剂

时间：2022-03-28 16:25:06 来源：

罗彻斯特大学光学学院的郭春雷教授和他的团队使用飞秒激光蚀刻金属结构，开发了一种可用于收集阳光以加热蚀刻的金属表面的技术，该技术随后可为发电机供电以提供太阳能。

罗彻斯特大学的研究实验室最近使用激光来创建不沉的金属结构，现在已经展示了如何使用相同的技术来创建高效的太阳能发电机。

在《光》杂志发表的论文中：今天（2020年2月4日），也是物理和材料科学计划下属的光学教授的郭春雷实验室描述了使用强大的飞秒激光脉冲蚀刻具有选择性仅吸收光的纳米级结构的金属表面在太阳波长处，但在其他地方则没有。

规则的金属表面有光泽，并且反射率高。几年前，郭实验室开发了一种黑金属技术，该技术可以将发亮的金属变黑。郭说：“但是要制造出完美的太阳能吸收器，我们不仅需要黑色金属，而且要使用这种选择性吸收器。”

郭说，该表面不仅增强了从阳光中吸收能量的能力，而且还减少了其他波长的热耗散，实际上是“首次制造出完美的金属太阳能吸收体”。“我们还演示了利用热发电装置的太阳能利用。”

他补充说：“这对于任何热能太阳能吸收器或收割设备都是有用的，特别是在阳光充足的地方。”

这项工作是由比尔和梅琳达·盖茨基金会，陆军研究办公室和国家科学基金会资助的。

研究人员对铝，铜，钢和钨进行了实验，发现通常用作热太阳能吸收剂的钨在经过新的纳米级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，这将热发电效率提高了130％。

作者包括Sohail Jalil，Bo Lai，Mohamed Elkabbash，Jihua Zhang，Erik M. Garcell和Guo实验室的Subhash Singh。

该实验室还使用飞秒激光蚀刻技术来制造超疏水（拒水）和超亲水（引水）金属。例如，在2019年11月，郭（Guo）的实验室报告说，无论它们被迫倒入水中的次数，损坏或刺穿的程度如何，它们都不会沉没的金属结构。

不过，这份新论文是在实验室最初使用飞秒激光蚀刻的黑色金属的基础上展开的。

在制造吸引水和憎水金属之前，Guo和他的助手Anatoliy Vorobyev演示了使用飞秒激光脉冲将几乎所有金属沥青都变黑的过程。在金属上形成的表面结构在捕获入射的辐射（例如光）方面非常有效。但是他们捕获了很宽波长范围内的光。

随后，他的团队使用类似的方法，除了已经实现的黑色之外，还将多种金属的颜色更改为各种颜色，例如蓝色，金色和灰色。这些应用可能包括制造彩色滤光片和光谱设备，使用单个激光器生产不同颜色汽车的汽车制造厂；将家庭全彩照片刻在冰箱门上；或提出与未婚妻蓝眼睛的颜色相匹配的金色订婚戒指。

该实验室还使用了最初的黑色和彩色金属技术，在规则的钨丝表面上形成了独特的纳米级和微米级结构阵列，从而使灯泡在相同的能耗下可以发出更明亮的光。

“我们直接通过灯泡玻璃发射激光束，并改变了灯丝上的补丁。”当我们点亮灯泡时，我们实际上可以看到这一补丁明显比其余的灯丝更亮。

参考：Sohail A. Jalil，Bo Lai，Mohamed ElKabbash，Jihua Zhang，Erik M.Garcell，Subhash Singh和Chunchuni Guo的“飞秒激光处理金属的光谱吸收控制及其在太阳热设备中的应用”，2020年2月4日，灯光：科学与应用.DOI：
10.1038 / s41377-020-0242-y

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