Menyerap lebih dari 90 persen sinar matahari! Australia mengembangkan jenis film graphene baru!

Para peneliti di Center for Translational Atomaterials (CTAM) di Swinburne University of Technology di Melbourne, Australia telah mengembangkan film graphene baru yang dapat menyerap lebih dari 90 persen sinar matahari secara bersamaan. Sebagian besar kehilangan emisi termal inframerah dihilangkan, dan ini adalah laporan pertama dari prestasi ini.

Ini adalah metamaterial pemanas surya yang sangat efisien yang mampu memanaskan dengan cepat hingga 83 derajat Celcius (181 derajat Fahrenheit) di lingkungan terbuka dengan kehilangan panas minimal. Aplikasi yang diusulkan untuk film ini termasuk pemanenan dan penyimpanan energi panas, pembangkit listrik tenaga panas matahari, dan desalinasi air laut.

Direktur Pendiri CTAM Prof. Baohua Jia mengatakan bahwa sementara menyerap sinar matahari sambil menekan kehilangan radiasi termal (juga dikenal sebagai radiasi benda hitam) sangat penting untuk penyerap panas matahari yang efisien, hal itu sangat sulit untuk dicapai. “Ini karena, tergantung pada panas yang diserap dan sifat penyerap, suhu emisi berbeda secara signifikan, sehingga menghasilkan perbedaan panjang gelombang yang signifikan,” jelasnya. Tetapi kami telah mengembangkan metamaterial graphene terstruktur tiga dimensi (material meta graphene terstruktur, SGM), yang sangat menyerap dan dapat menyaring radiasi benda hitam secara selektif."

Metamaterial graphene terstruktur tiga dimensi ini terdiri dari film graphene bolak-balik setebal 30-nanometer dan lapisan dielektrik yang diendapkan pada struktur nano mirip parit yang berfungsi ganda sebagai substrat tembaga untuk meningkatkan penyerapan. Lebih penting lagi, substrat dipolakan dalam susunan matriks untuk memungkinkan penyesuaian yang fleksibel dari penyerapan selektif panjang gelombang.

Film graphene dirancang untuk menyerap cahaya pada panjang gelombang antara 0.28 dan 2,5 mikron. Struktur substrat tembaga memungkinkannya bertindak sebagai filter bandpass selektif, menekan emisi normal energi benda hitam yang dihasilkan secara internal. Panas yang tertahan ini selanjutnya dapat meningkatkan suhu metamaterial. Oleh karena itu, SGM dapat memanaskan hingga 83 derajat Celcius dengan cepat. Jika suhu yang berbeda diperlukan untuk aplikasi tertentu, struktur nano saluran baru dapat dibuat dan disetel agar sesuai dengan panjang gelombang benda hitam tertentu. "Dalam pekerjaan kami sebelumnya, kami mendemonstrasikan 90-bahan endotermik graphene nanometer," kata Profesor Jia. Meskipun dapat dipanaskan hingga 160 derajat Celcius, "strukturnya lebih kompleks, terdiri dari empat lapisan: substrat, lapisan perak, lapisan silikon oksida, dan lapisan graphene. Struktur bilayer baru kami lebih sederhana dan tidak memerlukan vakum deposisi. Metode fabrikasi Skalabel dan biaya rendah."

Bahan baru ini juga secara signifikan mengurangi ketebalan film hingga sepertiga dan menggunakan lebih sedikit graphene, dan ketipisannya membantu mentransfer panas yang diserap ke media lain, seperti air, dengan lebih efisien. Selain itu, film ini bersifat hidrofobik, yang membantu pembersihan sendiri, sedangkan lapisan graphene secara efektif melindungi lapisan tembaga dari korosi, membantu memperpanjang umur metamaterial.

"Karena parameter struktural substrat logam adalah faktor utama yang mengendalikan kinerja penyerapan keseluruhan SGM, daripada sifat bawaannya, logam yang berbeda dapat digunakan tergantung pada kebutuhan atau biaya aplikasi," kata Keng-Te Lin, yang baru-baru ini. diterbitkan di Nature Communications (Nature Communications), penulis utama makalah tentang metamaterial dan peneliti di Swinburne University. Dia mencatat bahwa aluminium foil juga dapat digunakan untuk menggantikan tembaga tanpa mengorbankan kinerja.

Keng-Te berkata: "Kami menggunakan membran prototipe untuk menghasilkan air bersih dan mencapai efisiensi solar-uap yang mengesankan sebesar 96,2 persen. Ini sangat kompetitif untuk pembangkit listrik air bersih yang menggunakan sumber energi terbarukan. kuat."

Dia menambahkan bahwa metamaterial juga dapat digunakan dalam pemanenan energi dan aplikasi konversi, pembangkit listrik tenaga uap, pemurnian air limbah, desalinasi air laut dan pembangkit listrik tenaga panas matahari.

Namun satu tantangan yang tersisa adalah menemukan cara untuk membuat substrat dapat diregangkan.

"Kami bekerja sama dengan Innofocus Photonics Technology, sebuah perusahaan swasta yang telah mengkomersialkan mesin pelapis untuk meletakkan lapisan graphene dan dielektrik," kata Profesor Jia. "Kami senang dengan itu. Kami sekarang mencari cara untuk memproduksi substrat tembaga dalam skala besar." Salah satu pendekatan yang mungkin, tambahnya, adalah proses roll-to-roll.

Sementara itu, para peneliti terus menyempurnakan desain struktur nano untuk meningkatkan stabilitas dan efisiensi penyerapan SGM. "Mengenai komersialisasi," kata Profesor Jia, "kami pikir itu mungkin dalam satu hingga dua tahun."