為實(shí)現(xiàn)高的太陽能利用效率，開發(fā)對(duì)太陽光具有寬帶吸收和高轉(zhuǎn)換效率的光熱材料，是一個(gè)快速發(fā)展的研究熱點(diǎn)。受高太陽能利用率森林結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，這里通過在聚苯并噁嗪樹脂(poly(Ph-ddm))上進(jìn)行激光刻劃，設(shè)計(jì)制備了一個(gè)由密集排列的多孔石墨烯組成的石墨烯薄膜，這種結(jié)構(gòu)顯著減少了石墨烯作為二維材料的光反射作用。結(jié)合石墨烯先進(jìn)的光熱轉(zhuǎn)換特性，所獲得的3D結(jié)構(gòu)石墨烯薄膜被命名為森林狀激光誘導(dǎo)石墨烯(forest-like LIG)。在整個(gè)太陽光波長范圍內(nèi)，光吸收高達(dá) 99.0%，以及優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能（模擬陽光照射30秒就達(dá)到 87.7 °C），平衡溫度為 90.7 ± 0.4 °C。得益于該材料的超疏水特性，開發(fā)了一種具有快速響應(yīng)和高運(yùn)動(dòng)速度的光熱致動(dòng)器，以及一種具有持久抗鹽性能和高太陽能蒸發(fā)效率的太陽能驅(qū)動(dòng)界面脫鹽膜。
Figure 1. 受高太陽能利用率森林結(jié)構(gòu)的啟發(fā),制備的森林狀石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)，以及寬帶光吸收和高光熱轉(zhuǎn)換效率的理論機(jī)制。
Figure 2. (a)不同圖像密度下的激光刻劃示意圖。（b-g，b’-g’）表面和橫截面掃描電鏡圖像。
Figure 3. (a) 制備森林狀 LIG 的示意圖。(b) SEM 圖像。（c）北方針葉林的數(shù)字圖像。(d) 森林狀LIG的數(shù)字圖像。(e) SEM的放大視圖。(f) LIG 薄片的HRTEM 圖像。(g) 拉曼、(h) XPS譜圖和(i) XRD圖。
Figure 4. (a-c) LIG和基質(zhì)聚(Ph-ddm)的透射率、反射率和吸收強(qiáng)度。(d)光吸收強(qiáng)度比較。(e)紅外熱圖像。（f）在1次太陽照射下，干燥L(fēng)IG的溫度隨時(shí)間的變化。（g）兩種LIG的水接觸角。（h）森林狀LIG的摩西效應(yīng)。(i)森林狀LIG環(huán)的“變異摩西效應(yīng)”。
Figure 5.紫外激光下的光驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。（ a-f ）由紫外激光刺激的F-致動(dòng)器的光驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。(g)復(fù)雜路徑中的光驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。(h)在紫外激光下，兩個(gè)基于濕式 LIG致動(dòng)器的溫度隨時(shí)間變化。(i-k)兩個(gè)基于LIG 執(zhí)行器的位移，相應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間和平均速度。
Figure 6. 致動(dòng)器在氙燈下的光驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
該研究工作由中科院寧波材料所劉小青研究員課題組于2021年發(fā)表在ACS Nano期刊上。原文：Forest-like Laser-Induced Graphene Film with Ultrahigh Solar Energy Utilization Efficiency。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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