上海光机所在纳秒激光直写图案化石墨烯及其高效太阳能界面蒸发研究方面取得进展

2022-12-06 15:18

近期，中国科学院上海光学精密机械研究搜薄膜光学实验室研究团队实现了采用纳秒激光直写图案化制备三维多孔石墨烯，并利用其微观结构增强光吸收，实现传质与热量的有效调控，从而促进微观界面蒸发，相关研究成果以“Nanosecond Laser Patterned Porous Graphene from Monolithic Mesoporous Carbon for High－Performance Solar Thermal Interfacial Evaporation”为题发表于Advanced Materials Technologies上，并被选为封面。

基于微观表界面效应及局域化热场调控，实现低能量密度太阳光能的高效利用并应用于光热界面蒸发的策略，为低碳清洁能源的获取和高效利用提供了新的思路。纳米多孔碳材料具有优异的宽光谱吸收能力和高比表面积等特征，是太阳能光热界面蒸发的理想材料，但仍然面临传质受限、光吸收转化效率低等方面的问题，使其难以实现更高效率的太阳能界面蒸发。

针对这一问题，研究团队提出并实现了利用纳秒激光在生物质成型多孔碳表面图案化三维多孔石墨烯的直接制备，并对其光热局域性界面蒸发进行了系统研究。研究人员采用纳秒激光表面扫描使碳材料升华的新方法，简单、高效、低成本地实现了生物质碳到石墨烯的转变，形成了新型有序多孔石墨烯阵列结构，并采用同步辐射叠层X射线断层照相技术（Synchrotron X－ray ptychography）对材料的微纳结构进行了表征。经过激光处理的碳材料表现出更高的光学吸收能力，图案化的石墨烯高效率地将光能吸收并限制在表面薄层，实现了优化的热量管理。多孔石墨烯具有疏松三维结构和高比表面积的特点，为水分子的传质和蒸发提供了适宜的路径和界面，实现了更高效率的太阳光－蒸汽转化。

该项工作证实了纳秒激光便捷高效制备图案化三维石墨烯的可行性，表明了脉冲激光制备图案化三维纳米结构，在高效率太阳能光热界面蒸发用材料制备方面的优势和应用前景。

相关工作得到了中科院特别研究助理资助等项目的支持。

上海光机所在纳秒激光直写图案化石墨烯及其高效太阳能界面蒸发研究方面取得进展