英國薩里大學(University of Surrey)的研究人員開發出一種更能有效吸收光與熱的奈米級石墨烯薄膜。由於傳統石墨烯的光吸收性較差,這種新開發的奈米薄膜能夠為智慧壁紙或其他的物聯網(IoT)應用供電。

薩里大學先進技術研究所(ATI)採用奈米紋理技術(nanotexturing),在具有紋路的金屬表面生長石墨烯並製成薄膜。相較於傳統的石墨烯,這種石墨烯薄膜可吸收更多90%的光,主要原因就在於其奈米圖案紋理,可將光定位於紋理化表面之間的狹小間隔。

![2016031514img](//images.contentful.com/15mr7p4rjmth/3LXTXbyJzysMUwc0W2SuCo/8e922e026613b125c97549fbc86a0c3f/20160307_Surrey_NT01P1.jpg)軟性的太陽能電池(來源:University of Surrey)

「奈米紋理化的石墨烯具有將光線引導至奈米結構之間狹小空間的效果,從而加強了光被材料吸收的量,」該論文的主要作者Jose Anguita表示。「一般的石墨烯通常只有2-3%的光吸收量。利用這種方法,具有奈米紋理塗層的超薄石墨烯層數更少,但可在廣泛的頻譜範圍(從UV到紅外線)吸收約95%的入射光線。」

其靈感就來自飛蛾的眼睛——飛蛾的眼睛是由表面帶有細微紋理的柱狀結構組成,能讓牠們在黑暗的情況下仍清楚看到四周的情況。

「這些細緻的紋理能夠捕捉光線並導引至眼睛的中央,使其具有光線不易反射以免被天敵發現的優點,同時也讓他們察覺天敵的所在位置,」ATI負責人兼薩里大學教授Ravi Silva表示,這些石墨烯薄層上的奈米圖案就像是飛蛾的眼睛。

ATI的研究人員在《科學進展》(Science Advances)期刊上發表其研究發現,並補充說:「我們證實利用這種低溫、非接觸式且大規模相容的製造方法,能夠在細緻的光微機電系統(MEMS)紅外發射器上生產黑體吸收劑。這種發展可望為需要奈米級光源管理的新式光學元件製造方法鋪路 。

太陽能電池可以用這些石墨烯薄膜塗覆,從而在非常暗淡的光線下採隻能量,或安裝在室內以便由光或熱產生電力,從而為家中智慧電器供電。Silva並補充說,物聯網感測器與能量採集器也可望從這種塗層的好處中受惠。

「我們對於能夠利用現有光學元件中的材料來提升性能的潛力感到十分振奮,同時也期望未來持續尋找新的應用,」Silva並補充說,薩里大學的石墨烯中心正尋找合作夥伴共同開發各種新技術。

這項靈感來自飛蛾「眼睛」的技術是與BAE Systems合作開發的,研究人員們共同在光學MEMS元件中實現紅外線成像。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Graphene Goes Ultra-Thin, Absorbent; U.K. researchers take inspiration from nature,by Jessica Lipsky)