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隨著氣候變化，全球變暖日益受到公眾關(guān)注。傳統(tǒng)能源如煤炭和天然氣，正在向新型能源如太陽能和風(fēng)能逐漸轉(zhuǎn)變。

自從 1839 年光伏效應(yīng)被確認(rèn)后，太陽能電池便逐步得到重視。光伏電池模塊的穩(wěn)定性，在很大程度上取決于其蓋板玻璃。

這種玻璃不僅為太陽能電池提供機(jī)械穩(wěn)定性，還能有效防止雨水、露水、灰塵和其他污染。然而，由于陽光的吸收和反射，電池板表面的污染可能會降低其光電轉(zhuǎn)換效率。

因此，為光伏板找到針對固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)污染物的有效防護(hù)策略，以保持太陽能電池高效的光電轉(zhuǎn)換率，是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。

目前，針對光伏板污染的控制策略主要包括兩種方法：被動修復(fù)和主動預(yù)防。被動修復(fù)方法如手動或機(jī)械清潔，盡管可以實(shí)現(xiàn)物理清潔，但可能會增加清潔成本并對設(shè)備造成損害。

相反，如超疏水涂層這樣的主動預(yù)防策略因其自清潔特性，被視為減少長期維護(hù)成本的有效方法。但超疏水涂層的透明度問題和其表面的粗糙性限制了其在光學(xué)應(yīng)用中的普及。

盡管近年來通過結(jié)合金屬去潤濕掩模法和反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，在玻璃表面構(gòu)建透明超疏納米陣列結(jié)構(gòu)取得了一定進(jìn)展，但該技術(shù)在顆粒密度和尺寸的協(xié)同增加上仍面臨挑戰(zhàn)，阻礙了通過該技術(shù)制備致密的陣列納米結(jié)構(gòu)，限制了其對固、液、氣等多相污染物的防護(hù)效果。

針對當(dāng)前研究現(xiàn)狀及其所面臨的挑戰(zhàn)，東南大學(xué)張友法教授和團(tuán)隊(duì)探討是否能夠通過退火去潤濕調(diào)控技術(shù)，協(xié)同增加金屬掩模的顆粒密度和尺寸。

為達(dá)到這一目標(biāo)，他們引入兩階段的退火去潤濕調(diào)控策略，以構(gòu)建具有更大高寬比的透明致密陣列結(jié)構(gòu)的玻璃表面。當(dāng)這種透明致密的超疏水陣列結(jié)構(gòu)被用于太陽能電池表面時(shí)，它不僅維持了玻璃蓋板本身的高透光率和良好的潤濕性，還具備防塵、抗冷凝、抗結(jié)霜、抗結(jié)冰及抗菌等多種性能，顯著增強(qiáng)了光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

這為干旱或少雨地區(qū)的太陽能電池面板提供了一個(gè)創(chuàng)新的無水自潔解決方案。

針對本論文，審稿人認(rèn)為此次所提出的透明致密超疏水陣列結(jié)構(gòu)有潛力應(yīng)用于太陽能電池表面。該方法提供了一種高效的透明超疏水防污玻璃制備途徑，并為相關(guān)研究領(lǐng)域提供了很好的范例。

同時(shí)，本次研究提出的透明致密陣列納米結(jié)構(gòu)工藝，為制備高效的透明超疏水防污玻璃提供了新的思路。

此種玻璃有潛力應(yīng)用于太陽能電池、建筑窗戶、玻璃幕墻、汽車擋風(fēng)玻璃、顯示屏和攝像頭鏡頭等領(lǐng)域，有效增強(qiáng)對多相污染物的抗積聚性能，起到良好的防污效果。

據(jù)介紹，該研究是基于與華為的項(xiàng)目合作衍生出的新課題，此前他們在前期課題研究中成功構(gòu)建了透明非均勻潤濕性防污玻璃。然而，在前一個(gè)課題的研究中，他們發(fā)現(xiàn)了金屬退火去潤濕掩模技術(shù)的固有缺陷，即顆粒密度和尺寸的協(xié)同增加上仍面臨挑戰(zhàn)。

在發(fā)現(xiàn)該問題后，研究團(tuán)隊(duì)調(diào)閱了大量的文獻(xiàn)，理解現(xiàn)有的相關(guān)研究，創(chuàng)新性地提出了多次退火去潤濕掩模技術(shù)，協(xié)同提升了金屬顆粒掩模的顆粒密度和顆粒尺寸，制備出了致密的陣列納米結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，結(jié)合玻璃制品高透光率和低反射率的特性，他們優(yōu)化了退火去潤濕掩模技術(shù)的金屬膜層厚度以及沉積次數(shù)，最終制備出具有增透減反和低霧度特性的透明致密陣列納米結(jié)構(gòu)玻璃。

隨后，課題組發(fā)現(xiàn)上述致密陣列納米結(jié)構(gòu)表面具有防塵、抗冷凝、抗結(jié)霜、抗結(jié)冰及抗菌等多種性能，可以顯著增強(qiáng)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率，為干旱或少雨地區(qū)的太陽能電池面板提供了一個(gè)創(chuàng)新的無水自潔解決方案。

該課題組從事透明防污表面的研究已有多年，雖然取得了一系列的成果，但是負(fù)責(zé)的相關(guān)同學(xué)也付出了很多的努力。由于制備與表征的設(shè)備分布在兩個(gè)校區(qū)，中間隔著長達(dá)一個(gè)半小時(shí)的車程。課題組相關(guān)的同學(xué)經(jīng)常需要背著沉重的樣品和筆記，乘坐第一班地鐵趕到另一個(gè)校區(qū)，這對時(shí)間和精力都是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

這樣的日子對從事透明防污表面研究的相關(guān)同學(xué)來說并不少見，但每一次的成果和發(fā)表的論文也是他們努力的見證。

張友法表示：“透明防污表面團(tuán)隊(duì)的每一位成員都明白，是那些看似平凡的跨校區(qū)奔波，匯聚成了他們的共同成果。這不僅是他們團(tuán)隊(duì)的故事，也是每一位為夢想和研究而努力的研究者的故事。”

最終，相關(guān)論文以《增強(qiáng)多相物質(zhì)在透明超疏水玻璃上防積聚的緊湊型納米柱陣列》（Compact nanopillar array with enhanced anti-accumulation of multiphase matter on transparent superhydrophobic glass）為題發(fā)在 Journal of Materials Chemistry A，東南大學(xué)博士畢業(yè)生王威是第一作者，東南大學(xué)張友法教授和余新泉教授擔(dān)任共同通訊作者。

盡管已經(jīng)成功開發(fā)出能有效防止多相污染物積聚的透明超疏水玻璃。但本研究所構(gòu)建的陣列納米結(jié)構(gòu)的機(jī)械耐久性仍是一個(gè)待解決的核心問題。值得注意的是，當(dāng)前的改性工藝中采用了全氟癸基三乙氧基硅烷，這種化學(xué)物質(zhì)對環(huán)境存在潛在危害。

因此，他們的后續(xù)工作將致力于開發(fā)透明無氟雙疏涂層，旨在同時(shí)解決機(jī)械耐久性及氟化物問題。

另據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)還曾與多個(gè)外部企業(yè)合作開展了科技成果轉(zhuǎn)化研究。張友法說：“本課題組與華為在顯示屏表面防指紋、透明耐磨的超疏表面、汽車擋風(fēng)玻璃防污等方向均保持著長期的合作與交流。”

其中，在解決華為“透明耐磨的超疏表面”揭榜難題中，他們突破性地提出了一種基于改性納米顆粒填充納米孔的方法，協(xié)同提升表面耐磨性和潤濕性，制備了一種具有優(yōu)異光學(xué)特性的耐磨透明超疏表面，為該難題提供了有價(jià)值的解決方案?；诖?，張友法獲得了華為“難題揭榜”火花獎(jiǎng)。“這也是對本人工作極大的認(rèn)可。”他說。

原標(biāo)題：東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)超疏水陣列結(jié)構(gòu)，可用于光伏電池和汽車擋風(fēng)玻璃