南京大學Adv. Mater. ：天然和碳化蘑菇用于高效太陽能蒸汽發生裝置

【引言】

太陽能蒸汽發生裝置由于其在海水淡化、殺菌消毒等領域有著廣泛的應用前景， 近些年來受到了極大的關注。研究人員設計了很多不同的人造結構用于增強太陽能蒸汽發生裝置的光吸收率、熱量固定、水和水蒸汽的傳輸來提高能量轉化效率。高性能太陽能蒸汽發生裝置需要以下幾個要素：高效和寬帶的光吸收、高效的水和水蒸汽傳輸及熱量管理。蘑菇作為一種自然界中廣泛存在的真菌，由于其本身的結構包括傘狀的菌蓋、多孔的菌褶和纖維狀的菌柄，滿足高性能太陽能蒸汽發生裝置所必須的條件。

【成果簡介】

近日，南京大學朱嘉教授（通訊作者）課題組在Adv. Mater. 上發表了題為“Mushrooms as Efficient Solar Steam-Generation Devices”的文章。蘑菇作為一種廉價易得的天然生物質材料，由于其本身具有傘狀菌蓋、多孔的菌褶和纖維狀的菌柄的結構，使其適于用作太陽能蒸汽發生裝置。研究者通過對天然蘑菇和碳化蘑菇用于太陽能蒸汽發生裝置的研究，發現蘑菇傘狀的菌蓋有著優異的吸光能力，并且碳化后吸光能力可以進一步提高；纖維狀的菌柄由于毛細作用可以高效的輸水；多孔的菌褶不僅作為向菌蓋部分供水的橋梁，而且提供了充足的蒸汽傳輸通道，并且由于蘑菇本身的幾何學構造，減小了轉換過程中熱量的損失。天然和碳化蘑菇在一個單位的太陽光下分別有著62%和78%的轉換效率。這項發現不僅揭示了蘑菇在太陽能蒸汽發生裝置領域的天賦，也對未來此領域的研究有所啟發。

【圖文導讀】?

圖1 太陽能蒸汽發生裝置示意圖及蘑光學和掃描電鏡照片

a, 蘑菇基太陽能蒸汽發生裝置示意圖；

b, c, 天然和碳化蘑菇光學照片；

d-f, 分別為天然蘑菇的菌蓋、菌褶、菌柄的SEM照片；

g-i, 分別為碳化蘑菇的菌蓋、菌褶、菌柄的SEM照片。

圖2 天然和碳化蘑菇的吸光和親水性能

a, 天然和碳化蘑菇的太陽光輻照和吸收譜；

b, c, 天然和碳化蘑菇的XPS和FTIR結果；

d, e, 不同時間下碳化蘑菇菌蓋處的溫度。開始時菌蓋和水溫度相同，隨著浸濕過程的深入，水的蒸發使菌蓋處溫度下降。

圖3 1個單位太陽光下蒸汽發生裝置的熱行為

a, 蘑菇基蒸汽發生裝置熱行為示意圖，蘑菇自身的幾何性質有助于減小熱損失；

b, 天然和碳化蘑菇表面最大和平均溫度曲線；

c, 天然和碳化蘑菇不同時間下的紅外照片。

圖4 蘑菇基蒸汽發生裝置性能測試

a, 1單位太陽光下水的質量變化；

b, 1單位太陽光下天然和碳化蘑菇的太陽能蒸汽效率和蒸發速率，天然和碳化蘑菇分別有著62%和78%的轉換效率。

【小結】

研究者把廉價易得的蘑菇用作太陽能蒸汽發生裝置材料，表現出優異的性能，并對其具有優良性能的原因進行研究，不僅顯示出蘑菇在此領域的應用潛力，也為光熱轉換器件的設計提供新的思路。

文獻鏈接： Mushrooms as Efficient Solar Steam‐Generation Devices. (Adv. Mater. , 2017 , DOI: 10.1002/adma.201606762).

本文由材料人編輯部張濤麟編譯，劉宇龍審核，點我加入材料人編輯部。

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