Absorbe plus de 90 % de la lumière du soleil ! L'Australie a développé un nouveau type de film de graphène !

Des chercheurs du Centre for Translational Atommaterials (CTAM) de l'Université de technologie de Swinburne à Melbourne, en Australie, ont mis au point un nouveau film de graphène capable d'absorber plus de 90% de la lumière du soleil tout en éliminant simultanément la plupart des pertes d'émission thermique infrarouge, et c'est le premier rapport de cet exploit.

Il s'agit d'un métamatériau de chauffage solaire très efficace capable de chauffer rapidement à 83 degrés Celsius (181 degrés Fahrenheit) dans un environnement ouvert avec une perte de chaleur minimale. Les applications proposées pour le film comprennent la récupération et le stockage de l'énergie thermique, la production d'énergie solaire thermique et le dessalement de l'eau de mer.

Le directeur fondateur du CTAM, le professeur Baohua Jia, a déclaré que si l'absorption de la lumière du soleil tout en supprimant la perte de rayonnement thermique (également connue sous le nom de rayonnement du corps noir) est essentielle pour des absorbeurs thermiques solaires efficaces, il est extrêmement difficile à réaliser. "En effet, selon la chaleur absorbée et les propriétés de l'absorbeur, la température d'émission diffère considérablement, ce qui entraîne une différence significative de sa longueur d'onde", a-t-elle expliqué. Mais nous avons développé un métamatériau de graphène structuré en trois dimensions (métamatériaux de graphène structurés, SGM), qui est hautement absorbant et peut filtrer sélectivement le rayonnement du corps noir."

Ce métamatériau de graphène à structure tridimensionnelle se compose d'un film de graphène alterné d'une épaisseur de 30- nanomètre et d'une couche diélectrique déposée sur une nanostructure en forme de tranchée qui sert également de substrat de cuivre pour une meilleure absorption. Plus important encore, les substrats sont configurés dans un agencement matriciel pour permettre un accordage flexible de l'absorption sélective en longueur d'onde.

Les films de graphène sont conçus pour absorber la lumière à des longueurs d'onde comprises entre 0.28 et 2,5 microns. La structure du substrat en cuivre lui permet d'agir comme un filtre passe-bande sélectif, supprimant l'émission normale d'énergie du corps noir générée en interne. Cette chaleur retenue peut encore augmenter la température du métamatériau. Par conséquent, SGM peut chauffer jusqu'à 83 degrés Celsius rapidement. Si différentes températures sont requises pour des applications spécifiques, de nouvelles nanostructures de canaux peuvent être fabriquées et réglées pour correspondre à des longueurs d'onde spécifiques du corps noir. "Dans nos travaux précédents, nous avons démontré un matériau endothermique de graphène de 90- nanomètres", a déclaré le professeur Jia. Bien qu'il puisse être chauffé à 160 degrés Celsius, sa structure est plus complexe et se compose de quatre couches : un substrat, une couche d'argent, une couche d'oxyde de silicium et une couche de graphène. Notre nouvelle structure bicouche est plus simple et ne nécessite pas de vide. dépôt La méthode de fabrication Évolutive et peu coûteuse."

Le nouveau matériau réduit également considérablement l'épaisseur du film d'un tiers et utilise moins de graphène, et sa finesse permet de transférer plus efficacement la chaleur absorbée vers d'autres supports, tels que l'eau. De plus, le film est hydrophobe, ce qui facilite l'auto-nettoyage, tandis que la couche de graphène protège efficacement la couche de cuivre de la corrosion, contribuant ainsi à prolonger la durée de vie du métamatériau.

"Étant donné que les paramètres structurels du substrat métallique sont le principal facteur contrôlant les performances d'absorption globales du SGM, plutôt que ses propriétés inhérentes, différents métaux peuvent être utilisés en fonction des besoins ou du coût de l'application", a déclaré Keng-Te Lin, qui a récemment publié dans Nature Communications (Nature Communications), auteur principal d'un article sur les métamatériaux et chercheur à l'Université de Swinburne. Il a noté que la feuille d'aluminium pourrait également être utilisée pour remplacer le cuivre sans compromettre les performances.

Keng-Te a déclaré : « Nous avons utilisé le prototype de membrane pour produire de l'eau propre et avons atteint une efficacité de vapeur solaire impressionnante de 96,2 %. C'est très compétitif pour la production d'électricité à partir d'eau propre à l'aide de sources d'énergie renouvelables puissantes.

Il a ajouté que le métamatériau pourrait également être utilisé dans les applications de récupération et de conversion d'énergie, la production d'énergie à vapeur, la purification des eaux usées, le dessalement de l'eau de mer et la production d'énergie solaire thermique.

Mais un défi qui reste est de trouver un moyen de rendre le substrat extensible.

"Nous travaillons avec Innofocus Photonics Technology, une société privée qui a commercialisé une machine de revêtement pour la pose de graphène et de couches diélectriques", a déclaré le professeur Jia. "Nous en sommes satisfaits. Nous cherchons maintenant un moyen de produire des substrats en cuivre à grande échelle." Une approche possible, ajoute-t-elle, est un processus roll-to-roll.

Pendant ce temps, les chercheurs continuent d'affiner la conception de la nanostructure pour améliorer la stabilité et l'efficacité d'absorption du SGM. "En ce qui concerne la commercialisation", a déclaré le professeur Jia, "nous pensons que c'est possible d'ici un à deux ans".