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Les chercheurs ont développé un nouveau film thermique solaire en graphène qui absorbe la lumière du soleil avec plus de 90% d’efficacité

Les chercheurs ont développé un nouveau film solaire thermique à base de graphène qui peut absorber la lumière du soleil avec une efficacité de plus de 90%, tout en éliminant la plupart des pertes de chaleur des émissions IR – la première fois qu’un tel exploit a été enregistré.

Métamatériau économe en énergie

Cette recherche a été menée au Centre for Translational Atomic Material (CTAM) de l’Université de technologie de Swinburne à Melbourne, en Australie.

Le résultat est un métamatériau efficace pour le chauffage solaire qui peut être rapidement chauffé à 83 degrés C dans un environnement ouvert avec une perte de chaleur minimale. Les applications proposées pour le film comprennent la collecte et le stockage d’énergie thermique, la production d’énergie thermoélectrique et le dessalement de l’eau de mer.

Commentant le développement, Baohua Jia, directeur de la fondation de CTAM, a déclaré que, cité par l’IEEE Spectrum, lutter contre les pertes de chaleur – également connues sous le nom de rayonnement du corps noir – tout en absorbant simultanément la lumière du soleil est crucial pour un absorbeur solaire efficace, mais extrêmement difficile à réaliser.

Jia a en outre expliqué, « c’est parce que, en fonction de la chaleur absorbée et des propriétés de l’absorbeur, la température d’émission varie, ce qui conduit à des différences significatives de sa longueur d’onde. »

«Mais nous avons développé du graphène métaphénal structuré en trois dimensions (SGM) qui est très absorbant et filtre sélectivement le rayonnement du corps noir», a-t-elle ajouté.

Baohua a ajouté que «notre nouvelle structure à deux couches est plus simple et ne nécessite pas de dépôt sous vide. Et la méthode de production est adaptable et bon marché. « 

Le nouveau matériau utilise également moins de graphène en réduisant considérablement l’épaisseur du film d’un tiers, et sa finesse aide à transférer plus efficacement la chaleur absorbée vers d’autres substrats tels que l’eau.

De plus, le film est hydrophobe, ce qui favorise l’auto-nettoyage, tandis que la couche de graphène protège efficacement la couche de cuivre de la corrosion, aidant à prolonger la durée de vie du métamatériau.

Commentant les facteurs, Keng-Te Lin, auteur principal de l’article sur le métamatériau publié dans la revue Nature Communications et chercheur à l’Université de Swinburne, a déclaré que «parce que les paramètres structurels du substrat métallique sont les principaux facteurs de la performance globale d’absorption SGM, au lieu de ses caractéristiques essentielles, les métaux peuvent être utilisés en fonction des besoins ou des coûts de l’application. « 

Il a noté que la feuille d’aluminium peut également être utilisée pour remplacer le cuivre sans compromettre les performances.

Pour tester la conception et la stabilité du métamatériau, les chercheurs ont produit un prototype en utilisant une nanofabrication laser standard, un revêtement d’oxyde de graphène auto-assemblant et une réduction photo-induite.

«Nous avons utilisé un film prototype pour produire de l’eau propre et nous avons atteint un impressionnant rendement de vapeur solaire de 96,2%», déclare Keng-Te. « C’est très compétitif pour la production d’eau propre qui utilise une source d’énergie renouvelable. »

Pour la commercialisation, a ajouté Baohua, « nous pensons que ce sera possible dans un an ou deux ».