南京大学材料科学与工程学院：天然蘑菇和炭化蘑菇用于高效太阳能蒸汽发电

【介绍】

太阳能蒸汽发生器在海水淡化、杀菌消毒等领域有着广阔的应用前景，近年来受到极大关注。研究人员设计了许多不同的人工结构来增强太阳能蒸汽发生器的光吸收率、热固定率、水和水蒸气传输率蘑菇伞，以提高能量转换效率。高性能的太阳能蒸汽发生器需要以下要素：高效且宽频的光吸收、高效的水和水蒸气传输以及热量管理。蘑菇作为一种广泛存在于自然界的真菌，由于其自​​身的结构包括伞状菌盖、多孔菌褶和纤维状菌柄，满足了高性能太阳能蒸汽发生器的必要条件。

【成果介绍】

近日，南京大学朱嘉教授课题组（通讯作者）在Adv. Mater.上发表题为“as Solar Steam-”的文章。蘑菇作为一种廉价易得的天然生物质材料，由于其伞状菌盖、多孔菌褶和纤维状菌柄等特性，非常适合用作太阳能蒸汽发生器。通过对天然蘑菇和炭化蘑菇用于太阳能蒸汽发生器的研究，研究人员发现，蘑菇伞状菌盖具有优异的光吸收能力，碳化后光吸收能力可以进一步提高；纤维状菌柄由于毛细作用可以高效输送水分；多孔菌褶不仅起到了向菌盖部分供水的桥梁作用，还能提供充足的蒸汽传输通道，而且由于蘑菇本身的几何结构，减少了转化过程中的热量损失。在1单位太阳光照射下，天然和炭化蘑菇的转化效率分别为62%和78%。 这一发现不仅揭示了蘑菇在太阳能蒸汽发生器领域的天赋，而且还启发了未来该领域的研究。

【图片导览】

图1 太阳能蒸汽发生装置示意图及光学和扫描电子显微镜照片

a、蘑菇型太阳能蒸汽发生装置示意图；

b，c，天然蘑菇和碳化蘑菇的光学照片；

df，天然蘑菇的菌盖、菌褶和菌柄的SEM照片；

gi，分别为碳化蘑菇的菌盖、菌褶和菌柄的SEM照片。

图2 天然蘑菇和炭化蘑菇的光吸收和亲水性

a，天然蘑菇和碳化蘑菇的太阳辐照度和吸收光谱；

b、c、天然蘑菇和碳化蘑菇的 XPS 和 FTIR 结果；

d、e、炭化菇盖不同时刻的温度。开始时，菇盖和水温相同。随着浸泡过程的进行，水分的蒸发导致菇盖温度下降。

图3 1单位太阳辐射下蒸汽发生器的热行为

a、蘑菇型蒸汽发生器热行为示意图。蘑菇本身的几何特性有助于减少热量损失；

b、自然和炭化蘑菇表面更高和平均温度曲线；

c，不同时间的天然蘑菇和碳化蘑菇的红外照片。

图4 蘑菇型蒸汽发生器性能试验

a、每单位阳光产生的水质量变化；

b、1 单位太阳辐射下天然蘑菇和碳化蘑菇的太阳蒸汽效率和蒸发率。天然蘑菇和碳化蘑菇的转换效率分别为 62% 和 78%。

【概括】

研究人员利用廉价易得的蘑菇作为太阳能蒸汽发生装置材料，表现出优异的性能，并研究了其性能优异的原因，不仅展示了蘑菇在该领域的应用潜力，也为光热转换器件的设计提供了新思路。

参考文献：Solar Steam‐ . (Adv. Mater. , 2017 , DOI: 10.1002/adma.).

本文由材料人编辑部张桃林翻译，刘玉龙审校。点击此处加入材料人编辑部。

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