AFM: 废生物质基太阳能光热转换材料的分形设计，实现高效的太阳能水蒸发

雨辰

2020-10-17

太阳能蒸发被认为是解决淡水短缺问题的一项有前景的技术。尽管已经做出了很多努力来提高太阳能光热转换效率，但是从现成的原材料中开发出高效且低成本的太阳能光热转换材料仍然是一个挑战。此外，很少有报道对原始生物质结构进一步结构修饰，特别是在多个长度尺度上，这可能会进一步改善这些材料系统的太阳热能性能。

有鉴于此，重庆大学李猛与美国弗吉尼亚理工大学Li Ling等人，通过一种基于生物灵感的分形结构设计策略，即分形碳化柚子皮（FCPP），基于常见的生物废物柚子皮（PPs）开发了一种新颖的低成本太阳能光热转换材料。

本文要点

1）基于常见的生物废弃物——柚子皮(PPs)，首先将直接碳化后的废弃生物质柚子皮作为碳基骨架，利用简便的机械冲孔技术与电沉积技术结合制备获得了具有仿生分形结构的碳化柚子皮光热转换材料（FCPP），该材料具有毫米-微米-纳米多尺度的自相似结构，每级结构均由三个小孔的单元集合构成，具有多级自相似的特点。

2）该仿生结构FCPP系统显示出约98％的极高太阳光谱吸收率，以及1.95 kg m^-2 h^-1的出色蒸发速率，太阳热光热转换效率为92.4％。

3）此外，通过数值计算和实验验证了分形结构设计增强蒸发的机理。此外，在太阳能淡化中使用FCPP在成本方面显示出极大的优势，并且还研究了其在污水处理中的潜力。

总之，该工作为开发生物废料衍生的太阳能光热转换材料和及构建应用于高效太阳能热蒸发的仿生结构提供了新思路。

参考文献：

Yang Geng et al. Bioinspired Fractal Design of Waste Biomass‐Derived Solar–Thermal Materials for Highly Efficient Solar Evaporation. Advanced Functional Materials, 2020.

DOI: 10.1002/adfm.202007648

https://doi.org/10.1002/adfm.202007648