Power-Free and Self-Cleaning Solar Light Detector Based on the Temperature-Sensitive Structural Color and Photothermal Effect

材料科学 光热治疗 结构着色 光电子学 光热效应 青色 太阳能电池 纳米颗粒 发热 光学 纳米技术 光子晶体 物理 热力学
作者
Meiyu Xiong,Yuhang Sheng,Yunsong Di,Fangjian Xing,Liyan Yu,Jinlei Zhang,Weiping Zhou,Cihui Liu,Lifeng Dong,Zhixing Gan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (28): 33566-33573 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.1c09533
摘要

In this work, photothermal materials are integrated with a temperature-sensitive hydrogel and structural color for visually detecting solar intensity. Inspired by the functional performance of beetles, the photothermal layer is constructed by depositing candle soot on a film of Cu nanoparticles, while the temperature-sensitive colored hydrogel is fabricated by self-assembling colloidal photonic crystals on poly(N-isopropylacrylamide) (PNiPAM). The deposition of candle soot not only improves the photothermal performance but also leads to a superhydrophobic surface with a self-cleaning function. The photothermal layer absorbs sunlight and converts it into heat, which is then transferred to the hydrogel. The structural color of the hydrogel changes due to the heat-induced volume shrinkage. As the solar intensity increases from 0.62 to 1.27 kW/m2, the structural color conspicuously changes from red to orange, yellow, green, cyan, and blue, with reflection peaks shifting from 640 to 460 nm accordingly. The color change is highly apparent, which can be easily observed by the naked eye, suggesting that the solar intensity can be easily detected by reading out the structural color. This power-free and self-cleaning solar sensor can work for a long period without maintenance, which is suitable for a wide application prospect, such as smart home and agriculture.

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