南京大学Adv. Mater. ：天然和碳化蘑菇用于高效太阳能蒸汽发生装置

【引言】

太阳能蒸汽发生装置由于其在海水淡化、杀菌消毒等领域有着广泛的应用前景， 近些年来受到了极大的关注。研究人员设计了很多不同的人造结构用于增强太阳能蒸汽发生装置的光吸收率、热量固定、水和水蒸汽的传输来提高能量转化效率。高性能太阳能蒸汽发生装置需要以下几个要素：高效和宽带的光吸收、高效的水和水蒸汽传输及热量管理。蘑菇作为一种自然界中广泛存在的真菌，由于其本身的结构包括伞状的菌盖、多孔的菌褶和纤维状的菌柄，满足高性能太阳能蒸汽发生装置所必须的条件。

【成果简介】

近日，南京大学朱嘉教授（通讯作者）课题组在Adv. Mater. 上发表了题为“Mushrooms as Efficient Solar Steam-Generation Devices”的文章。蘑菇作为一种廉价易得的天然生物质材料，由于其本身具有伞状菌盖、多孔的菌褶和纤维状的菌柄的结构，使其适于用作太阳能蒸汽发生装置。研究者通过对天然蘑菇和碳化蘑菇用于太阳能蒸汽发生装置的研究，发现蘑菇伞状的菌盖有着优异的吸光能力，并且碳化后吸光能力可以进一步提高；纤维状的菌柄由于毛细作用可以高效的输水；多孔的菌褶不仅作为向菌盖部分供水的桥梁，而且提供了充足的蒸汽传输通道，并且由于蘑菇本身的几何学构造，减小了转换过程中热量的损失。天然和碳化蘑菇在一个单位的太阳光下分别有着62%和78%的转换效率。这项发现不仅揭示了蘑菇在太阳能蒸汽发生装置领域的天赋，也对未来此领域的研究有所启发。

【图文导读】 

图1 太阳能蒸汽发生装置示意图及蘑光学和扫描电镜照片

a, 蘑菇基太阳能蒸汽发生装置示意图；

b, c, 天然和碳化蘑菇光学照片；

d-f, 分别为天然蘑菇的菌盖、菌褶、菌柄的SEM照片；

g-i, 分别为碳化蘑菇的菌盖、菌褶、菌柄的SEM照片。

图2 天然和碳化蘑菇的吸光和亲水性能

a, 天然和碳化蘑菇的太阳光辐照和吸收谱；

b, c, 天然和碳化蘑菇的XPS和FTIR结果；

d, e, 不同时间下碳化蘑菇菌盖处的温度。开始时菌盖和水温度相同，随着浸湿过程的深入，水的蒸发使菌盖处温度下降。

图3 1个单位太阳光下蒸汽发生装置的热行为

a, 蘑菇基蒸汽发生装置热行为示意图，蘑菇自身的几何性质有助于减小热损失；

b, 天然和碳化蘑菇表面最大和平均温度曲线；

c, 天然和碳化蘑菇不同时间下的红外照片。

图4 蘑菇基蒸汽发生装置性能测试

a, 1单位太阳光下水的质量变化；

b, 1单位太阳光下天然和碳化蘑菇的太阳能蒸汽效率和蒸发速率，天然和碳化蘑菇分别有着62%和78%的转换效率。

【小结】

研究者把廉价易得的蘑菇用作太阳能蒸汽发生装置材料，表现出优异的性能，并对其具有优良性能的原因进行研究，不仅显示出蘑菇在此领域的应用潜力，也为光热转换器件的设计提供新的思路。

文献链接： Mushrooms as Efficient Solar Steam‐Generation Devices. (Adv. Mater. , 2017 , DOI: 10.1002/adma.201606762).

本文由材料人编辑部张涛麟编译，刘宇龙审核，点我加入材料人编辑部。

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