仿生光热转换光波导纤维模型研究取得新进展

近期，东华大学纺织学院郭建生教授指导的博士生贾浩在仿生北极熊毛发光热转换机理研究方面取得了新的进展。相关研究成果以“Design and optimization of a photo-thermal energy conversion model based on polar bear hair”为题发表在太阳能研究领域的权威杂志《solar energy materials ＆ solar cells 》上。

太阳能一直被视为能缓解能源危机的重要替代和可再生资源，因而太阳能的利用研究越来越受到人们的关注，并成为研究热点，包括太阳热能利用方面。

目前的直接太阳能光热利用产品多为刚性平板太阳能集热器，在柔韧性和轻便化方面存在许多限制。早期的北极熊毛发研究表明，其透明中空的结构类似光纤，能捕获更多的太阳光，尤其是在太阳光的紫外线辐射波段，并传递到黑色的皮肤进而转换成热量，且能抑制热辐射造成的热损失。基于这一原理，近年来一直有学者致力于研究新型纤维光热收集装置，其中利用PMMA光波导纤维模型模拟北极熊毛发的功能与结构是一种有效的光收集方式。

本项研究在之前仿生光热转换模型的基础上，提出并研究制备了一种新型内部荧光填充的仿生光波导结构纤维模型，其设计更为接近真实北极熊毛内部的不规则膜孔结构。通过选择优化掺杂的荧光涂层材料及选取合适的粘附方案，得到了内部填充结构稳定，具有高红外反射、高热能释放等优异性能的仿生光波导纤维模型。同时选用的香豆素1有较大的斯托克斯位移，赋予模型良好的光热转换能力。

此外，模型的中空结构不仅能提高模型的隔热性质，而且其粗糙的结构增加了内部的光散射程度，其内涂层改善了光学纤维模型的低反射率特性，有利于吸收更多的太阳光。所得到的优化模型在实际光热转换实验中表现出更好的光热转换性能，达到了预期的目的。该模型研究可对未来柔性纺织基太阳能收集及光热转换领域研究提供新的研究思路及方向。

原文链接：http://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.09.017