激光蚀刻金属钨，太阳能吸收器效率提升130%

太阳是最丰富的能源，但人类只能利用其中的一小部分，例如太阳能电池吸收的大量太阳能会以辐射热量的形式损失掉。罗切斯特大学（University of Rochester, ROC）光学学院的郭春雷教授和他的团队，使用飞秒激光蚀刻具有纳米级结构的金属钨表面，使其热能发电效率提高了130%，成为完美的太阳能吸收器。相关成果发表在《光：科学与应用》杂志上。

一般规则的金属表面有光泽并且具有高反射性。几年前，研究团队开发了一种黑色金属技术，可以将发亮的金属表面变黑，以提高吸收率。但是郭春雷教授表示，“要制造出完美的太阳能吸收器，我们不仅需要黑色金属，而且还需要一种选择性吸收器。”

该团队测试了铝、铜、钢和钨等多种金属，发现用纳米级结构蚀刻的钨具有最高的太阳吸收效率。金属钨通常用作太阳能吸收器。研究人员发现，与未经处理的钨相比，蚀刻钨后，其发电效率提高了130%，还减少了以辐射热形式损失的能量。

郭春雷介绍，该表面不仅增强了从阳光中吸收能量的能力，而且还减少了其他波长的热损失，实际上是“首次制造出完美的金属太阳能吸收器”。此外，该团队还演示了利用热发电装置的太阳能利用。“这对于任何太阳能吸收器或收集装置都是有用的，特别是在阳光充足的地方。”

在飞秒激光蚀刻黑金属的基础上，该实验室还使用飞秒激光蚀刻技术来制造超疏水（拒水）和超亲水（吸水）金属。2019年11月，郭春雷教授在实验室报告介绍，无论被丢入水中的次数多少，损坏或刺穿的程度如何，金属结构都不会沉没。

在制造出亲水和疏水金属之前，郭春雷教授和他的助手Anatoliy Vorobyev演示了使用飞秒激光脉冲将几乎所有金属块都变黑的过程。在金属上产生的表面结构在捕获入射辐射（例如光）方面非常有效。他们捕获了很宽波长范围内的光。

随后，他的团队使用类似的过程，除了已经实现的黑色之外，还将多种金属的颜色改变了，如如蓝色、金色和灰色。这些应用可能包括制造滤色镜和光谱设备；使用单个激光器生产不同颜色的汽车制造厂；将家庭全彩照片刻在冰箱门上；或造出蓝色的纯金戒指。

在飞秒激光技术和黑色、彩色金属技术上，该团队在规则的钨丝表面上形成了独特的纳米级和微米级结构阵列，从而使灯泡在相同的能耗下可以发出更明亮的光。


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