鐳射蝕刻金屬鎢，太陽能吸收器效率提升130%

太陽是最豐富的能源，但人類只能利用其中的一小部分，例如太陽能電池吸收的大量太陽能會以輻射熱量的形式損失掉。羅切斯特大學（University of Rochester, ROC）光學學院的郭春雷教授和他的團隊，使用飛秒鐳射蝕刻具有納米級結構的金屬鎢表面，使其熱能發電效率提高了130%，成為完美的太陽能吸收器。相關成果發表在《光：科學與應用》雜誌上。

一般規則的金屬表面有光澤並且具有高反射性。幾年前，研究團隊開發了一種黑色金屬技術，可以將發亮的金屬表面變黑，以提高吸收率。但是郭春雷教授表示，“要製造出完美的太陽能吸收器，我們不僅需要黑色金屬，而且還需要一種選擇性吸收器。”

該團隊測試了鋁、銅、鋼和鎢等多種金屬，發現用納米級結構蝕刻的鎢具有最高的太陽吸收效率。金屬鎢通常用作太陽能吸收器。研究人員發現，與未經處理的鎢相比，蝕刻鎢後，其發電效率提高了130%，還減少了以輻射熱形式損失的能量。

郭春雷介紹，該表面不僅增強了從陽光中吸收能量的能力，而且還減少了其他波長的熱損失，實際上是“首次製造出完美的金屬太陽能吸收器”。此外，該團隊還演示了利用熱發電裝置的太陽能利用。“這對於任何太陽能吸收器或收集裝置都是有用的，特別是在陽光充足的地方。”

在飛秒鐳射蝕刻黑金屬的基礎上，該實驗室還使用飛秒鐳射蝕刻技術來製造超疏水（拒水）和超親水（吸水）金屬。2019年11月，郭春雷教授在實驗室報告介紹，無論被丟入水中的次數多少，損壞或刺穿的程度如何，金屬結構都不會沉沒。

在製造出親水和疏水金屬之前，郭春雷教授和他的助手Anatoliy Vorobyev演示了使用飛秒雷射脈衝將幾乎所有金屬塊都變黑的過程。在金屬上產生的表面結構在捕獲入射輻射（例如光）方面非常有效。他們捕獲了很寬波長範圍內的光。

隨後，他的團隊使用類似的過程，除了已經實現的黑色之外，還將多種金屬的顏色改變了，如如藍色、金色和灰色。這些應用可能包括製造濾色鏡和光譜設備；使用單個雷射器生產不同顏色的汽車製造廠；將家庭全彩照片刻在冰箱門上；或造出藍色的純金戒指。

在飛秒雷射技術和黑色、彩色金屬技術上，該團隊在規則的鎢絲表面上形成了獨特的納米級和微米級結構陣列，從而使燈泡在相同的能耗下可以發出更明亮的光。

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