理想的太阳能吸收器需要具有可调带宽，出色的导热性和稳定性，尽量使结构简单，同时能有效选择性吸太阳能。尽管已经研制出各种太阳能吸收器，但是使用常规的材料和结构同时实现这些条件仍具有挑战性。近日，澳大利亚斯威本科技大学Baohua Jia等人演示了三维结构化石墨烯超材料（SGM），该材料具有金属沟槽状结构的波长选择性和宽带无分散性以及超薄石墨烯超材料膜的出色导热性等特性。研究表明，SGM吸收剂具有优异的太阳选择性和全向吸收性，波长选择性吸收的可调性，出色的光热性能，和高热稳定性。达到了令人印象深刻的90.1％的太阳能转化效率和96.2％的太阳能转化效率。

文章要点：

1）通过建模和实验证明了3D SGM用于太阳选择性吸收的优异性能。在UV和NIR光谱范围内实现近统一的吸收并同时使IR范围内的发射率最小化，可以显著提高太阳能吸收效率并减少SGM吸收剂的热辐射损失。太阳热转换效率高90.1％，总效率也达到了68.9％以及1.5 kg m^-2h^-1的水蒸发率和96.2％的太阳汽化效率，这分别代表了太阳能转化的最佳性能。因此，SGM策略不仅一举解决了高效太阳能吸收器面临的困境，而且实现了全向吸收，波长选择吸收的灵活可调性以及具有出色的光热性能和热稳定性。

2）研究表明，结构参数是SGM吸收器整体吸收性能的主要决定因素，而不是取决于金属基底的固有特性，因此该设计为根据应用需求选择不同的金属基底提供了灵活性的手段。通过稍微优化结构参数也可以将铝箔代替铜箔以达到节省成本的目的。此外，可以根据设计原理，继而轻松调整结构参数，以适应不同的应用，例如隔热板和特殊的能量吸收材料。

总而言之，SGM吸收剂优异的特性，使其有希望在与能量收集和控制等有关的许多领域中得到广泛的应用。

Lin, K., Lin, H., Yang, T. et al. Structured graphene metamaterial selective absorbers for high efficiency and omnidirectional solar thermal energy conversion. Nat Commun, 2020

DOI: 10.1038/s41467-020-15116-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15116-z