日光の90％以上を吸収してください！ オーストラリアは新しいタイプのグラフェンフィルムを開発しました！

オーストラリアのメルボルンにあるスウィンバーン工科大学のトランスレーショナルアトマテリアルセンター（CTAM）の研究者は、太陽光の90％以上を吸収すると同時に、ほとんどの赤外線熱放射損失を排除できる新しいグラフェンフィルムを開発しました。この偉業の最初の報告。

これは、熱損失を最小限に抑えながら、開放環境で摂氏83度（華氏181度）まで急速に加熱できる高効率の太陽熱メタマテリアルです。 このフィルムの提案された用途には、熱エネルギーの収集と貯蔵、太陽火力発電、および海水淡水化が含まれます。

CTAM創設ディレクターのBaohuaJia教授は、熱放射損失（黒体放射とも呼ばれる）を抑制しながら太陽光を吸収することは、効率的な太陽熱吸収装置にとって重要であるが、達成するのは非常に難しいと述べました。 「これは、吸収される熱と吸収体の特性に応じて、放出温度が大幅に異なり、その結果、波長に大きな違いが生じるためです」と彼女は説明しました。 しかし、吸収性が高く、黒体放射を選択的に除去できる3次元構造化グラフェンメタマテリアル（構造化グラフェンメタマテリアル、SGM）を開発しました。」

この3次元構造のグラフェンメタマテリアルは、30-ナノメートルの厚さの交互グラフェン膜と、吸収を高めるための銅基板としても機能するトレンチ状のナノ構造上に堆積された誘電体層で構成されています。 さらに重要なことに、基板は、波長選択吸収の柔軟な調整を可能にするために、マトリックス配置でパターン化されています。

グラフェンフィルムは、0 .28〜2.5ミクロンの波長の光を吸収するように設計されています。 銅基板の構造により、選択的なバンドパスフィルターとして機能し、内部で生成された黒体エネルギーの通常の放出を抑制します。 この保持された熱は、メタマテリアルの温度をさらに上昇させる可能性があります。 したがって、SGMは摂氏83度まで急速に加熱できます。 特定のアプリケーションに異なる温度が必要な場合は、特定の黒体波長に一致するように新しいチャネルナノ構造を製造および調整できます。 「以前の研究では、90-ナノメートルのグラフェン吸熱物質を実証しました」とJia教授は述べています。 摂氏160度まで加熱できますが」構造はより複雑で、基板、銀層、酸化ケイ素層、グラフェン層の4層で構成されています。新しい二層構造はよりシンプルで真空を必要としません。堆積。製造方法スケーラブルで低コスト。」

新しい材料はまた、フィルムの厚さを3分の1に大幅に減らし、グラフェンの使用量を減らします。また、その薄さは、吸収された熱を水などの他の媒体に効率的に伝達するのに役立ちます。 さらに、フィルムは疎水性であるため、セルフクリーニングが容易になり、グラフェン層は銅層を腐食から効果的に保護し、メタマテリアルの寿命を延ばすのに役立ちます。

「金属基板の構造パラメータは、SGMの固有の特性ではなく、SGMの全体的な吸収性能を制御する主な要因であるため、アプリケーションのニーズやコストに応じてさまざまな金属を使用できます」と、最近のKeng-TeLin氏は述べています。 Nature Communications（Nature Communications）に掲載され、メタマテリアルに関する論文の筆頭著者であり、スウィンバーン大学の研究者です。 彼は、性能を損なうことなく、アルミホイルを使用して銅の代わりに使用することもできると述べました。

Keng-Te氏は次のように述べています。「プロトタイプの膜を使用してきれいな水を生成し、96.2％という優れた太陽光蒸気効率を達成しました。これは再生可能エネルギー源を使用したきれいな水発電に非常に競争力があります。強力です。」

彼は、メタマテリアルは、エネルギーハーベスティングおよび変換アプリケーション、蒸気発電、廃水浄化、海水淡水化、および太陽熱発電にも使用できると付け加えました。

しかし、残っている課題の1つは、基板を伸縮可能にする方法を見つけることです。

「私たちは、グラフェンと誘電体層を敷設するためのコーティング機を商品化した民間企業であるInnofocusPhotonicsTechnologyと協力しています」とJia教授は述べています。 「私たちはそれに満足しています。現在、銅基板を大規模に製造する方法を探しています。」 考えられるアプローチの1つは、ロールツーロールプロセスです。

一方、研究者たちは、SGMの安定性と吸収効率を改善するために、ナノ構造の設計を微調整し続けています。 「商品化については、1年から2年以内に可能だと思う」と嘉教授は語った。