為實現高的太陽能利用效率，開發對太陽光具有寬帶吸收和高轉換效率的光熱材料，是一個快速發展的研究熱點。受高太陽能利用率森林結構的啟發，這里通過在聚苯并噁嗪樹脂(poly(Ph-ddm))上進行激光刻劃，設計制備了一個由密集排列的多孔石墨烯組成的石墨烯薄膜，這種結構顯著減少了石墨烯作為二維材料的光反射作用。結合石墨烯先進的光熱轉換特性，所獲得的3D結構石墨烯薄膜被命名為森林狀激光誘導石墨烯(forest-like LIG)。在整個太陽光波長范圍內，光吸收高達 99.0%，以及優異的光熱轉換性能（模擬陽光照射30秒就達到 87.7 °C），平衡溫度為 90.7 ± 0.4 °C。得益于該材料的超疏水特性，開發了一種具有快速響應和高運動速度的光熱致動器，以及一種具有持久抗鹽性能和高太陽能蒸發效率的太陽能驅動界面脫鹽膜。
Figure 1. 受高太陽能利用率森林結構的啟發,制備的森林狀石墨烯薄膜結構，以及寬帶光吸收和高光熱轉換效率的理論機制。
Figure 2. (a)不同圖像密度下的激光刻劃示意圖。（b-g，b’-g’）表面和橫截面掃描電鏡圖像。
Figure 3. (a) 制備森林狀 LIG 的示意圖。(b) SEM 圖像。（c）北方針葉林的數字圖像。(d) 森林狀LIG的數字圖像。(e) SEM的放大視圖。(f) LIG 薄片的HRTEM 圖像。(g) 拉曼、(h) XPS譜圖和(i) XRD圖。
Figure 4. (a-c) LIG和基質聚(Ph-ddm)的透射率、反射率和吸收強度。(d)光吸收強度比較。(e)紅外熱圖像。（f）在1次太陽照射下，干燥LIG的溫度隨時間的變化。（g）兩種LIG的水接觸角。（h）森林狀LIG的摩西效應。(i)森林狀LIG環的“變異摩西效應”。
Figure 5.紫外激光下的光驅動運動。（ a-f ）由紫外激光刺激的F-致動器的光驅動運動。(g)復雜路徑中的光驅動運動。(h)在紫外激光下，兩個基于濕式 LIG致動器的溫度隨時間變化。(i-k)兩個基于LIG 執行器的位移，相應的響應時間和平均速度。
Figure 6. 致動器在氙燈下的光驅動運動。
該研究工作由中科院寧波材料所劉小青研究員課題組于2021年發表在ACS Nano期刊上。原文：Forest-like Laser-Induced Graphene Film with Ultrahigh Solar Energy Utilization Efficiency。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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