利用寬譜太陽能激發(fā)的光熱效應(yīng),可以加速水的蒸發(fā)過程,實(shí)現(xiàn)水蒸餾,在解決水污染和缺水危機(jī)方面有著重要的應(yīng)用前景。隨著材料科學(xué)和納米技術(shù)的進(jìn)步,基于寬譜吸收納米材料的光熱太陽能水蒸發(fā)（Solar Steam Generation,SSG）技術(shù)正在突飛猛進(jìn)地發(fā)展。在低太陽的功率密度輻射下,SSG的效率還有待于提高;SSG系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有待于改善;納米材料的光熱效應(yīng)的再應(yīng)用也值得探索。本論文總結(jié)了光熱太陽能水蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三大關(guān)鍵因素:光熱效應(yīng)、水輸運(yùn)和蒸汽逃逸、熱管理;介紹了各種高效的光熱納米材料最新研究進(jìn)展,水輸運(yùn)和蒸汽排放系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì);計(jì)算設(shè)計(jì)了合理的熱管理使熱量損失最小化。在此基礎(chǔ)上,論文開展的主要研究工作及取得的結(jié)果概述如下:1.研究并制備了太陽能寬光譜吸收銅納米顆粒,并將其應(yīng)用于SSG。通過簡單置換反應(yīng)制備的銅納米顆粒表現(xiàn)出近乎完全的（97.7%）光吸收能力,覆蓋了寬入射角和波長范圍（200-1300 nm）并實(shí)現(xiàn)93%的高光熱轉(zhuǎn)換效率。首次通過將銅納米顆粒涂覆在纖維素膜上,在2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽的低功率密度輻射下,可獲得高達(dá)73%的太陽能蒸汽產(chǎn)生效率。此外,銅納米顆�？苫厥罩貜�(fù)利用,并具有... 

【文章來源】：南京師范大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SSG設(shè)計(jì)的三個(gè)關(guān)鍵因素：光熱效應(yīng)，供水和蒸汽逸出以及熱管理

第1章緒論4圖1.2.（a）是模擬的等離子-納米顆粒涂層片的示意圖。左插圖中的掃描電子顯微鏡（scanningelectronmicroscope，SEM）圖像顯示了由較小特征組成的CuNP。比例尺代表50nm的長度。右插圖顯示了一個(gè)模擬的球形納米粒子，為20nm球形的簇[53]。（b）WO2.9納米棒的水蒸發(fā)應(yīng)用示意圖[9]。（c）基于碳海綿（CS）的SSG的示意圖[58]。（d）基于聚合物的SSG的示意圖[60]。（e）用于太陽能驅(qū)動(dòng)的水蒸發(fā)的SnSe實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖[40]。1.2.2基于材料類型的SSG光熱材料分類（1）金屬納米顆粒：金屬納米顆粒的等離子共振可以有效地散射、捕獲和吸收大范圍的太陽光，接著在吸收太陽光后可以通過非輻射阻尼產(chǎn)生熱量[50-52]。迄今為止，已經(jīng)合成了各種具有高吸收太陽光性能的金屬NP用于光熱轉(zhuǎn)化。在2017年，Mandal等通過簡單的置換反應(yīng)制備了銅納米顆粒，證實(shí)銅納米顆粒具有極好的吸收太陽光性能（圖1.2a）[53]。該方法制備的銅納米顆粒顯示出極高的光吸收率（97.7％），其光有不同的入射角和波長范圍（200-1300nm）。CuNPs在200至1300nm波長范圍內(nèi)的平均光反射率低于3％，這意味著可以吸收相應(yīng)光譜中約97.7％的輻射太陽能[54]。當(dāng)入射角從0°漸變?yōu)?0°時(shí)，在波長范圍內(nèi)，平均光反射率始終低于5％。CuNPs可以進(jìn)行有效的光熱轉(zhuǎn)化，在2sun（1sun=1kWm-2）光照下得到高達(dá)73％的太陽能水蒸汽產(chǎn)生效率[54]。（2）金屬氧化物：由于間隔電荷轉(zhuǎn)移，自由電子的局部表面等離子體激元共振和小的極化吸收，具有窄帶隙的金屬氧化物也顯示出強(qiáng)而寬的光吸收性能，包含了近紅外區(qū)域。這使得金屬氧化物也適合用作光熱材料，因?yàn)槲盏墓饪赏ㄟ^其電子-空穴對的非輻射復(fù)合而轉(zhuǎn)化為熱[55]。

第1章緒論6耦合，寬的吸收太陽光波長范圍和突出的量子限制效應(yīng)，單硒化錫（SnSe）層能有效利用太陽輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱能，如圖1.2e所示[40],重要的是，鍍有SnSe的鎳泡沫的最大蒸發(fā)速率已達(dá)到0.85kg·m-2·h-1，比相同條件下的商用超藍(lán)涂料（0.7kg·m-2·h-1）所獲得的值大21％。其良好的光熱轉(zhuǎn)換能力歸因于多重散射誘導(dǎo)的光捕獲的協(xié)同效應(yīng)以及光吸收與聲子發(fā)射之間的最佳平衡[40]。在2018年，Hu的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種由窄帶隙（0.45eV）的CuFeSe2NP半導(dǎo)體修飾的木材構(gòu)成的膜。由于具有優(yōu)異的性能，例如介孔結(jié)構(gòu)，低密度，熱定位，低導(dǎo)熱性，高親水性和成本效益，CuFeSe2NP修飾的木膜在5sun輻照下實(shí)現(xiàn)了86.2％的高太陽熱轉(zhuǎn)換效率[62]。1.2.3基于材料結(jié)構(gòu)的SSG光熱材料分類（1）多孔結(jié)構(gòu)：溶膠或溶液中的膠體顆�；虼蠓肿釉谝欢l件下相互連接形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)空隙中填充液體作為分散介質(zhì)。這種特殊的分散體稱為凝膠。對于SSG，凝膠由于其多孔性，隔熱性和三維結(jié)構(gòu)而常常具有出色的蒸發(fā)性能。圖1.3.（a）用于水處理的多孔結(jié)構(gòu)的典型微觀結(jié)構(gòu)[63]。（b）在太陽光照射下的樹木蒸騰作用（左）和模擬蒸騰作用系統(tǒng)（右），用于產(chǎn)生太陽能水蒸汽[66]。（c）純聚偏二氟乙烯膜（PVDFM）（左）和12mg-CuS/PVDFM（右）的數(shù)碼照片[48]。例如，如圖1.3a所示，Geng等人報(bào)告了聚（N-異丙基丙烯酰胺水凝膠（poly(N-iso-propylacrylamide)(PNIPAm)hydrogel，PN）固定在超親水三聚氰胺泡沫骨架

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]具有高效光熱轉(zhuǎn)換性能的碳基納米復(fù)合材料(英文)[J]. 張騫,徐衛(wèi)林,王賢保.  Science China Materials. 2018(07)



本文編號：3467491