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神奇石墨烯气溶胶“薄膜”可实现光热转换效率达94%
发布者:lzx | 来源:楚天都市报 | 0评论 | 925查看 | 2019-05-27 09:19:38    

王贤保,博士生导师,现任湖北大学材料科学与工程学院院长,教育部“功能材料绿色制备与应用”重点实验室主任。在石墨烯等碳纳米材料的可控性制备、性能、化学修饰及在能源、环境监测等领域的应用开展了系统研究工作,先后在权威国际期刊上发表论文150余篇。


万物生长靠太阳,科学家们一直在研究如何高效利用太阳能。近日,记者从湖北大学获悉,该校材料科学与工程学院的王贤保教授团队利用碳基材料,开发太阳能水蒸汽技术,可快速将冷水变成蒸汽,将太阳能光热转换效率提高到九成,在海水淡化等领域有广泛的应用前景。不久前,这项研究还登上了英国著名化学新闻杂志《化学世界》。


巧用石墨让冷水直接变水蒸汽


“不需要把水烧至沸腾,也能产生水蒸气,原料只是普通的石墨粉。”湖北大学材料科学与工程学院院长王贤保表示,科学家们一直在想办法利用太阳能,石墨烯等碳基材料正是近年来的研究热点。


普通的太阳能光热转换采用的是太阳能集热管的方式,像太阳能热水器的利用效能只有20%。”王贤保发现,石墨烯气溶胶在阳光下,可以将水汽化成水蒸汽,而且本体水的温度远低于其沸点。“现有的太阳能海水淡化技术,要蒸发海水收集蒸汽,太阳能利用效率低;反渗透膜分离淡化法耗能低,但海水预处理要求高,工程造价和运行成本高。我们的石墨烯气溶胶要简单高效得多。”


反复试验后,王贤保团队将石墨烯气溶胶制备成一张神奇的“薄膜”,不仅可以随波漂浮在水面上,在模拟太阳光条件下,水蒸发速率可以提高13倍,“薄膜”附近水体温度最高也只有45°C。“这种漂浮的石墨烯光热转换效率高达94%,而传统商业光伏电池的能量转换效率仅为10-20%。”


这项技术受到了多方关注,日本国立材料研究所光电子纳米工程学研究员评论称,王贤保教授团队用一个简单的方法构筑出高效的太阳能吸收材料,并且可以实现规模化生产。


高贡献度背后是不断试错


在湖北大学,王贤保是该校ESI贡献度最高的教授之一,发表在国际期刊上的论文被SCI引用1800余次,他引1500余次。


与材料打了20多年交道,王贤保觉得越做越有意思。“挑选出最适合的材料,是个不断试错的过程,考验着科研人员的智慧与毅力。”在他看来,只有颠覆性技术才能不被“卡脖子”。


比如在太阳能蒸汽技术上,王贤保团队一开始是把贵金属纳米颗粒分散在水体中,但是效果不理想、成本也高;后来课题组做了氧化石墨烯与贵金属结合的纳米流体,但是回收困难也容易造成二次污染;多方试验后,确定了三维材料石墨烯气溶胶;最后,他们创新制备出漂浮式“薄膜”。


研究生刘行航难忘炎热的夏季,王贤保带着学生们在教学楼顶制备了一个微型设备观测。铺着沥青的楼顶温度飙升,他们却雷打不动地记录了两个月,考察技术的实际效果。“很辛苦,王老师白天有繁重的行政工作,只能晚上给学生上课,周末召集课题组开会,他总能启发我们不断改进。”


如今,这项技术已经申请了10项国家发明专利,其中5项获得授权,获得多项了具有自主知识产权的先进太阳能蒸汽技术。“现在还在开发新型光热材料,对技术和设备不断进行完善,将来可以用到太阳能光热发电、海水淡化、污水处理、医疗消毒等领域。”王贤保对前景充满信心。

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