用香菇將光轉化成蒸汽

本報訊（記者 談潔） 如何對太陽能進行高效轉化與利用是當前的科研熱點。南京大學朱嘉教授研究組腦洞大開，神奇地利用香菇將光轉化成蒸汽，相關成果5月18日發表在國際頂尖期刊《先進材料》上。

高效的太陽能轉換與利用被視為國家能源的重大需求，其中光—熱轉化也就是光轉化成蒸汽，在海水淡化、水處理、化工、滅菌等領域展現出很好的應用前景。然而由於光學和熱學的損耗，傳統的光轉化蒸汽的效率低於40%，很大程度上限制了其廣泛應用。

此前朱嘉教授課題組圍繞高效界面光熱轉換，做了一系列研究，在光學聚焦的條件下，已經成功地將光熱轉化效率提高到了90%。此次更是腦洞大開，利用天然香菇的結構，最大限度地減少了實際應用中太陽能轉化中光和熱的損耗。

「將光轉化成熱的設置必須具備幾個條件。」課題組博士生徐凝介紹，能夠很好地吸收太陽光，有著多孔結構、親水性，能夠吸收傳輸水分，有效的蒸汽逸散等。大約在七八個月之前，喜歡吃香菇的她在洗菜時發現，香菇正好具備這幾個條件。

「它的菌蓋是深色的，多孔結構的菌肉、橫截面積小且纖維狀的菌柄，可以實現高效的光吸收，有效地進行水供應和蒸汽逸散，且同時能極大地降低熱耗散。」徐凝說，香菇柄底端和水體接觸，將水傳輸和熱傳導限制在這個准一維通道內，通道截面積不到吸光截面積的1/10，在保證有效水供應的同時極大抑制了熱向水體傳輸所產生的傳導耗散，傘狀的弧形菌蓋產生了更大的蒸發麵積且降低了工作溫度，進而有效控制了熱對流和熱輻射的損耗。

有了這個靈感後，她隨即開始了實驗。經過實驗，課題組發現，在無需光學聚焦的條件下，碳化後的香菇光熱轉化效率可以達到78%，「如果利用此結果設計優化人工材料，轉化效率會非常高。」徐凝說，此前所有有關光熱轉化的科研都是利用人工製備的材料，利用香菇這一天然的生物材料還是首次。

2013年從美國回來的朱嘉教授，所做的科研成果很多都讓人覺得非常神奇。去年將光熱轉化效率成功達到90%以上的成果是一塊專業名稱為「等離激元鋁」的黑色金屬。它可以浮在水的表面，吸收太陽能，且在海水淡化的過程中，只加熱水表面的一層分子，使得水在變成蒸汽的過程中，整體水溫保持不變。

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