淡水是人類賴以生存和發(fā)展的最重要的物質(zhì)資源之一。太陽能驅(qū)動的水蒸發(fā)技術(shù)是一種潛在的有前途的方法和一種可行有效的淡水資源生產(chǎn)技術(shù)。在新興的界面加熱體系中,太陽能的捕獲和水蒸氣的產(chǎn)生均能在水-空氣界面完成,大大提高了光熱轉(zhuǎn)換效率。因此,制備性能優(yōu)良的光熱材料并將其應(yīng)用于界面體系具有重要意義。Co₃O₄和Ni₃S₂是兩類具有較低禁帶寬度的半導(dǎo)體材料,它們的吸收光譜范圍覆蓋了紫外-可見-近紅外波段,可以捕獲大量的太陽能,在光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。本論文首先通過水熱法在泡沫鎳基底上制備了Co₃O₄和Ni₃S₂兩類應(yīng)用于界面加熱領(lǐng)域的半導(dǎo)體光熱轉(zhuǎn)換材料,對其形貌及物相組成進行表征并對材料的光熱轉(zhuǎn)換性能進行了研究。對不同條件下制備的兩類材料的形貌及性能進行了比較,總結(jié)出最具研究意義和實用價值的材料并對其進行更加系統(tǒng)的探究。研究其水熱時間、水熱溫度及加入反應(yīng)物含量對生成物形貌、相組成、光吸收特性及光熱轉(zhuǎn)換性能的影響,研究其... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同類型的太陽能蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)示意圖[16]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-長方向上木頭的導(dǎo)熱系數(shù)為0.35W·m-1·K-1，而垂直于生長方向上其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.11W·m-1·K-1，因此在垂直于生長方向上利用木頭更有利于減少熱傳導(dǎo)造成的能量損失，如圖1-2所示�；诖耍髡咴诖怪庇谏L方向的木頭表面涂覆了一層厚度為50μm的石墨烯，制備了木基光熱轉(zhuǎn)換材料[28]。研究表明，該材料在光照強度為1kW/m2時，光熱轉(zhuǎn)換效率為80%；當光照強度為10kW/m2時，轉(zhuǎn)換效率可達89%。圖1-2橫向利用纖維孔道與縱向利用纖維孔道的對比示意圖[28]a)橫向孔道制造流程圖；b)橫向孔道SEM圖；c)橫向孔道蒸汽產(chǎn)生機制示意圖；d)縱向孔道制造流程圖；e)縱向孔道SEM圖；f)縱向孔道蒸汽產(chǎn)生機制示意圖Liu[29]等將金納米顆粒沉積到無塵紙上，將金納米顆粒的薄膜作為太陽光吸收器，通過無塵紙的毛細作用向吸收器表面提供水分，而且無塵紙熱導(dǎo)率低，可以有效地減少熱損失，經(jīng)測試，在4.5kW/m2光強的光照射下，該材料的光熱轉(zhuǎn)換效率達到了77.8%。最近還報道了一種具有特殊性能的自合成支撐層。Zhu[30]等合成了一種帶有雙層電紡膜的Janus太陽能吸收器，用于高效的太陽能脫鹽。兩層結(jié)構(gòu)具有相反的化學(xué)性質(zhì)，其親水底層用于供應(yīng)誰的水的運輸，而疏水表層用于防止鹽在表面的積聚。在1個太陽照射下，Janus吸收器顯示出高效的太陽能蒸汽產(chǎn)生轉(zhuǎn)換效率(72%)和穩(wěn)定的水輸出。鄧濤等人研究了材料的潤濕性能對水蒸發(fā)速率的影響[31]。他在多空陽極氧化鋁（AAO）上沉積Au納米顆粒，形成了由Au納米顆粒構(gòu)成的光熱轉(zhuǎn)換層和AAO構(gòu)成的多孔支撐層。然后分別對上下兩個表面進行官能團修飾，使得表面的潤濕性能發(fā)生改變，進而研究了表面潤濕性能對蒸發(fā)速率的影響。研究表明，與空氣接觸的上表面的潤濕性能對

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-性能對性能影響很大；親水的下表面更有利于提高蒸發(fā)速率，而疏水性下表面不利于改善蒸發(fā)速率，這是由于前期吸收熱量形成的氣泡由于下表面的疏水性而不能順利逸出，形成一層阻擋層，限制了進一步的質(zhì)量傳遞和能量傳遞，從而使得蒸發(fā)速率降低。圖1-3水蒸發(fā)裝置的三層結(jié)構(gòu)示意圖[32]a)不加三層裝置的熱量傳遞示意圖；b)加入三層裝置的熱量傳遞示意圖；c)三層裝置的制作過程示意圖為了進一步減小熱損失的維度，Zhu[32]等設(shè)計出水蒸發(fā)裝置的三層結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示，由棉纖維包裹著PS泡沫支撐著光熱轉(zhuǎn)換材料，頂層為氧化石墨烯片作為光吸收材料。其中，PS泡沫既可以充當支撐層，使其自漂浮在水面上，此外，泡沫具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，大大降低了熱量向水體的傳遞，使光熱轉(zhuǎn)換獲得的能量集中在水-空氣界面。棉纖維由于自身極強的毛細作用，可以將水源源不斷的運送到吸收材料的表面，保證了蒸發(fā)過程持續(xù)穩(wěn)定的進行。在該體系中，光熱轉(zhuǎn)換效率可以高達94%以上，該成果在界面加熱裝置的設(shè)計中引領(lǐng)了新的高度。在自然界中，植物具有將水分和營養(yǎng)物質(zhì)從根部通過垂直排列的通道輸送到樹干和葉片的固有能力，這也被稱為植物的蒸騰作用。受自然過程的啟發(fā)，Miao等人開發(fā)了模擬蒸騰系統(tǒng)(MTS)作為直接高效的太陽能蒸汽發(fā)生器，在絕緣體和水之間引入了空間隔離，如圖1-4所示[33]。水像樹跟一樣在一維通道中通過毛細力進行輸送，PS泡沫充當絕緣體。他們成功制備了高性能無毒的墨漬紙和炭化木頭光熱轉(zhuǎn)換材料。由于MTS的合理設(shè)計，在使用墨跡紙和碳化木材作為太陽能吸收

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ag@Ag2S/C光熱轉(zhuǎn)換材料的制備及其太陽能水蒸發(fā)性能[J]. 朱盟盟,曾文霞,吳大雄,朱海濤.  青島科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(03)

碩士論文
[1]Cu2-xS光熱轉(zhuǎn)換材料制備及其在界面加熱中的應(yīng)用[D]. 李雪健.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019



本文編號：3484910