光热转换涂层是太阳能热利用的核心关键之一，对于主动设计高效太阳能集热器具有重要的指导意义。其基本要求是在紫外–可见–近红外波段具有高的吸收率，在红外波段具有低的发射率，因此涂层的光吸收性能直接决定了太阳能集热器的集热效率。
基于此，研究团队成功设计制备了一种可用于光热转换涂层的新型AlN减反射层。该纳米结构减反射层能强烈减少光的反射和散射，显著提高涂层的光吸收性能。涂层的吸收率高达0.97，而同时维持低的发射率(ε=0.07)。更重要的是，这种自组装纳米结构显示出优异的热稳定性。此外，涂层与水的接触角高达145.6°，可有效防止侵蚀性液体与涂层表面的接触，显著提高耐腐蚀性。研究成果为新型减反射层的设计提供了新思路，相关结果发表在J. Mater. Chem. A 2017, 5, 2852–2860。
图1（a）自组装Al–AlN涂层的表面形貌及与水的接触角; (b)不同退火时间后的光谱反射曲线
在光热转换涂层的设计方面，首次将自掺杂概念引入到光热转换涂层的制备中，发展了一种有限反应溅射技术，采用单金属钨靶制备了一种新型自掺杂W–WOx纳米金属陶瓷多层梯度光热转换涂层，该涂层表现出优异的光吸收性能和高温稳定性。该方法克服了传统共溅射技术的缺点，大大简化了光热转换涂层的制备工艺，降低了涂层的制备成本，非常适合大规模和低成本的工业化生产，相关结果发表在J. Mater. Chem. A 2018,6, 15690–15700，第一作者为博士生王伟。
图2自掺杂W–WOx金属陶瓷涂层(a)结构示意图; (b)实物照片; (c)光谱反射曲线及厚度; (d)表面形貌
光热转换涂层作为在户外使用的太阳能集热器的吸热表面，还需考虑高湿度空气对涂层的腐蚀作用，尤其是在沿海地区。因此光热转换涂层必须同时具备优异的高温稳定性和抗环境腐蚀能力。我们成功制备了Al–AlNxOy金属陶瓷光热转换涂层，该涂层的抗腐蚀性能明显优于已报道的所有该类商业和实验室涂层。经过2000 h中性盐雾试验后，涂层仍表现出高的吸收率(0.924)和较低的热发射率(0.116)。HAADF-STEM和理论模拟结果表明，Al纳米颗粒表面新形成的Al-enriched AlxOy/Al2O3/AlxOy(OH)钝化保护层在长期腐蚀过程中对涂层的微观结构稳定性起着至关重要的作用，相关结果发表在J. Mater. Chem. A2019, DOI: 10.1039/C9TA02721A。
图3 Al–AlNxOy金属陶瓷光热转换涂层的抗腐蚀机理示意图
此外，光热转换材料用于界面式太阳能蒸腾是一种新型能源利用方式，具有较大的潜力。而生物质材料是一类低价、高效的光热转换材料。依此，团队对当前界面式太阳能淡化海水材料最新进展进行了总结（如图4），以独特视角审视了各类材料的发展现状，分析了其优点和缺点，并对界面式光热转换材料存在的挑战进行了总结。这一工作发表在Solar RRL2019,3, 1800206，第一作者为2017级硕士生李政通。
图4综述的主要框架（光热材料分类，蒸发效率提升的结构分析和协同促进的应用关联）
上述工作得到了国家自然科学基金（51575253, 51562020）及美高美集团4688am引进人才基金的资助和支持。
材料表面技术与涂层研究团队自2016年9月成立以来，得到了学校和学院的大力支持，已在Small，J. Mater. Chem. A，SolarRRL等期刊发表多篇高
