在保证有效水供应的同时极大抑制了热向水体传输所产生的传导耗散
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如何对太阳能进行高效转化与利用是当前的科研热点。南京大学朱嘉教授研究组脑洞大开,神奇地利用香菇将光转化成蒸汽,相关成果5月18日发表在国际顶尖期刊《先进材料》上。

高效的太阳能转换与利用被视为国家能源的重大需求,其中光热转化也就是光转化成蒸汽,在海水淡化、水处理、化工、灭菌等领域展现出很好的应用前景。然而由于光学和热学的损耗,传统的光转化蒸汽的效率低于40%,很大程度上限制了其广泛应用。

此前朱嘉教授课题组围绕高效界面光热转换,做了一系列研究,在光学聚焦的条件下,已经成功地将光热转化效率提高到了90%。此次更是脑洞大开,利用天然香菇的结构,最大限度地减少了实际应用中太阳能转化中光和热的损耗。

将光转化成热的设置必须具备几个条件。课题组博士生徐凝介绍,能够很好地吸收太阳光,有着多孔结构、亲水性,能够吸收传输水分,有效的蒸汽逸散等。大约在七八个月之前,喜欢吃香菇的她在洗菜时发现,香菇正好具备这几个条件。

它的菌盖是深色的,多孔结构的菌肉、横截面积小且纤维状的菌柄,可以实现高效的光吸收,有效地进行水供应和蒸汽逸散,且同时能极大地降低热耗散。徐凝说,香菇柄底端和水体接触,将水传输和热传导限制在这个准一维通道内,通道截面积不到吸光截面积的1/10,在保证有效水供应的同时极大抑制了热向水体传输所产生的传导耗散,伞状的弧形菌盖产生了更大的蒸发面积且降低了工作温度,进而有效控制了热对流和热辐射的损耗。

有了这个灵感后,她随即开始了实验。经过实验,课题组发现,在无需光学聚焦的条件下,碳化后的香菇光热转化效率可以达到78%,如果利用此结果设计优化人工材料,转化效率会非常高。徐凝说,此前所有有关光热转化的科研都是利用人工制备的材料,利用香菇这一天然的生物材料还是首次。

2013年从美国回来的朱嘉教授,所做的科研成果很多都让人觉得非常神奇。去年将光热转化效率成功达到90%以上的成果是一块专业名称为等离激元铝的黑色金属。它可以浮在水的表面,吸收太阳能,且在海水淡化的过程中,只加热水表面的一层分子,使得水在变成蒸汽的过程中,整体水温保持不变。

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