太陽能作為一種清潔環(huán)保,總量巨大的可再生能源,受到研究者的廣泛關(guān)注。在化石能源日益枯竭,環(huán)境污染嚴重的現(xiàn)代社會,開發(fā)太陽能利用技術(shù)正成為改變?nèi)祟惸茉传@取與消費的有效方式�；诘入x激元效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于太陽能集熱器,太陽能海水淡化及太陽能光-熱催化等領(lǐng)域,而這些應(yīng)用的前提均需要對納米結(jié)構(gòu)光-熱轉(zhuǎn)換特性進行有效地調(diào)控,以獲得優(yōu)異的性能。因此,本課題以等離激元納米結(jié)構(gòu)為研究對象,對等離激元納米顆粒和選擇性吸收涂層的光-熱特性進行調(diào)控,開展其太陽能光-熱轉(zhuǎn)換實驗及應(yīng)用研究。首先,對于納米顆粒及其懸浮液,研究納米顆粒的光-熱特性調(diào)控,開展納米顆粒懸浮液太陽能光-熱轉(zhuǎn)換實驗研究。然后,對于選擇性吸收涂層,調(diào)控其選擇性吸收特性用于太陽能光-熱利用,開展光-熱響應(yīng)下太陽能智能涂層應(yīng)用研究。對于納米顆粒光學(xué)特性調(diào)控,采用時域有限差分法計算納米顆粒的光學(xué)特性。探討納米顆粒的組成、粒徑、所處介電環(huán)境和形貌對其光學(xué)吸收/散射性能的影響規(guī)律。同時,通過調(diào)控核殼顆粒的核殼比與材料,對其峰值位置進行有效調(diào)控。采用簡單混合顆粒和改變顆粒核殼比的方法,強化納米顆粒懸浮液對太陽能的吸收性能。對于納米顆粒光-熱響應(yīng)過程調(diào)控,采用有限元法計算納米顆粒光-熱響應(yīng)過程。探究光源類型、顆粒形貌、組成對其溫升的影響規(guī)律,揭示其局部溫升產(chǎn)生的機理與調(diào)節(jié)規(guī)律。對于二聚體顆粒系統(tǒng),調(diào)控入射光的波長和角度選擇性地加熱二聚體顆粒系統(tǒng)中的某一個顆粒。最后,對比核殼納米顆粒的吸收截面積、吸收系數(shù)、光-熱轉(zhuǎn)換效率和局部溫升優(yōu)化結(jié)果,揭示不同優(yōu)化參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性。對于納米顆粒懸浮液太陽能光-熱轉(zhuǎn)換特性,采用實驗方法研究納米顆粒及其懸浮液的太陽能光-熱轉(zhuǎn)換性能。制備得到不同尺寸與形貌的Au納米顆粒,發(fā)現(xiàn)小尺寸顆粒更適合太陽能光-熱利用,刺棘狀A(yù)u納米顆粒獲得優(yōu)于球形Au納米顆粒的光-熱轉(zhuǎn)換效率。對于雙組分納米顆粒,發(fā)現(xiàn)Au-Ag混合納米顆粒的光-熱轉(zhuǎn)換效率近似等于單組分納米顆粒的光-熱轉(zhuǎn)換效率之和,Au-Ag合金納米顆粒太陽能光-熱轉(zhuǎn)換效率優(yōu)于相同條件下物理混合納米顆粒。對于光柵結(jié)構(gòu)選擇性吸收涂層,采用有限元法計算一維和二維光柵結(jié)構(gòu)涂層的光譜曲線,探究不同結(jié)構(gòu)與材料對其光譜特性的影響規(guī)律。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,基于經(jīng)典的金屬-介電層-金屬結(jié)構(gòu),在豎直方向布置不同寬度光柵結(jié)構(gòu),可以獲得目標波長的選擇性吸收。在材料選擇方面,發(fā)現(xiàn)金屬的固有吸收性能對簡單納米結(jié)構(gòu)的寬帶吸收性能有著顯著影響,選擇高介電常數(shù)虛部的金屬有助于形成較寬的吸收光譜。對于多孔結(jié)構(gòu)選擇性吸收涂層,采用脫合金方法獲得具有較高介電常數(shù)虛部的Ni多孔結(jié)構(gòu)選擇性吸收涂層。實驗測得其太陽能平均吸收效率/紅外發(fā)射率可以達到0.93/0.12或0.88/0.08。由于金屬Ni具有較高的熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性,以及單組分間無熱應(yīng)力的累積。穩(wěn)定性與耐久性實驗表明,多孔結(jié)構(gòu)Ni吸收涂層具有較好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的耐久性,使其成為一種有前景的太陽能光-熱轉(zhuǎn)換涂層。對于太陽能光-熱響應(yīng)智能涂層與智能窗應(yīng)用,將VO_2相變材料引入到一維光柵結(jié)構(gòu)設(shè)計智能溫控涂層。在高溫條件下,涂層具有較高紅外發(fā)射率;在低溫條件下,其具有較低的紅外發(fā)射率。在深空環(huán)境下,可以控制涂層的溫度位于其相變溫度附近。最后,將等離激元納米顆粒添加到溫敏性水凝膠體系,獲得不同顆粒濃度與轉(zhuǎn)變臨界溫度的太陽能光-熱響應(yīng)智能窗。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK513.1
【部分圖文】：

- 1 -(a) (b)圖 1-1（a）局域表面等離激元共振模式；（b）表面?zhèn)鲗?dǎo)型等離激元共振模式[3]ure 1-1 (a) Localized surface plasmon resonance mode. (b) Propagating surface plasmon resonmode[3]

- 2 -圖 1-2 各國太陽能資源總量占比和中國太陽能資源分布圖[12]e 1-2 Total solar energy resources in each country and China's solar resources distribution

- 4 -(a) (b)圖 1-3 不同粒徑 Au 納米顆粒 SEM 圖像（a）與共振波長曲線（b）[35]Figure 1-3 SEM images (a) and resonance wavlength curve (b) of Au nanoparticles with different particlesizes[35]

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 段慧玲;宣益民;李強;;納米結(jié)構(gòu)光子吸收特性的強化及調(diào)控[J];科學(xué)通報;2015年24期

2 張爭;夏勇;;太陽能光熱發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J];長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2013年01期

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4 何龍慶;林繼成;石冰;;菲克定律與擴散的熱力學(xué)理論[J];安慶師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王慷慨;微納結(jié)構(gòu)C-Cu-TiO_2復(fù)合太陽能選擇吸收薄膜的可控制備及其光熱性能研究[D];浙江大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 田敏;面向太陽能低溫集熱的納米流體光熱轉(zhuǎn)換特性研究[D];江蘇大學(xué);2017年

本文編號：2828346