太陽能作為清潔能源的一種具有巨大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,而如何實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的全吸收是長(zhǎng)期以來太陽能利用的研究重點(diǎn)。近期,納米流體吸收太陽能產(chǎn)生清潔蒸汽的實(shí)驗(yàn)研究將太陽能與納米流體結(jié)合在一起,并相互拓展了兩者各自的研究范圍。盡管納米顆粒以及其他納米結(jié)構(gòu)光吸收特性已經(jīng)有相對(duì)充分的研究,但是,納米顆粒以及納米結(jié)構(gòu)的太陽光能量吸收、光熱轉(zhuǎn)化、納米顆粒與周圍介質(zhì)之間的熱量傳遞以及納米結(jié)構(gòu)表面沸騰相變等這一新研究領(lǐng)域的諸多關(guān)鍵過程的機(jī)理還缺乏基礎(chǔ)理論研究。本文將主要集中在太陽光能量吸收、強(qiáng)化以及光熱轉(zhuǎn)化等過程,圍繞納米結(jié)構(gòu)光吸收效率強(qiáng)化及影響太陽光光能吸收效率提高的因素分析展開。理論分析方面采用了包括Mie理論,有效介質(zhì)理論以及有限時(shí)域差分（FDTD）,嚴(yán)格波函數(shù)耦合（RCWA）和有限元（FEM）等多種理論與數(shù)值計(jì)算方法,詳細(xì)研究納米顆粒、光學(xué)超材料的吸收強(qiáng)化以及影響太陽光吸收效率的因素。實(shí)驗(yàn)方面基于單色光源以及積分球測(cè)量吸收體吸收率驗(yàn)證了數(shù)值分析結(jié)果及相關(guān)理論。具體的研究?jī)?nèi)容及相關(guān)結(jié)果包括:1.各向異性光學(xué)材料納米顆粒光吸收特性的理論研究。采用Mie理論研究了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱各向異性材料-石墨烯,以及單軸各向異性...

【文章頁數(shù)】：168 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1自然界中常見的太陽能利用方式

而驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。二戰(zhàn)之后，太陽能熱水器被研究并在日常生活中得廣泛應(yīng)用，為了提高吸收性而對(duì)光譜選擇性吸收涂層的研制以及基于太空領(lǐng)域能供給應(yīng)用前提的硅電池的研究等，都使得太陽能逐漸在人類能源利用中占有一席地。1973年石油危機(jī)之后，太陽能利用開始被國(guó)家層面重視，例如美國(guó)制定....

圖1-2納米顆粒獨(dú)特的光響應(yīng)現(xiàn)象Fig.1-2Theuniqueopticalpropertiesofnanoparticles

光與物質(zhì)的相互作用理論先于太陽光利用而被研究并進(jìn)一步完善。自1865年Maxwell提出描述電磁場(chǎng)的方程組以來[2]，有關(guān)光與物質(zhì)的相互作用理論被不斷改進(jìn)，并被奧利弗·赫維賽德和約西亞·吉布斯于1884年以矢量形式表達(dá)(圖1-2(a))[3]。至此，光與物質(zhì)的相互作用在實(shí)驗(yàn)測(cè)量手....

圖1-3納米顆粒獨(dú)特的光響應(yīng)現(xiàn)象

有的研究結(jié)果表明，納米顆粒以及納米結(jié)構(gòu)作為連接大塊物質(zhì)以及分子、原子的重要橋梁，具有完全不同于塊狀物質(zhì)的物理屬性[14]。例如，多數(shù)貴金屬納米顆粒具有局域表面等離子體共振效應(yīng)(圖1-3(a))[15]，該效應(yīng)使得納米顆粒對(duì)等離子體共振波長(zhǎng)的光吸收效率遠(yuǎn)大于其幾何截面，甚至吸收效率....

圖1-4光與納米顆粒的相互作用示意圖

1.2.1納米顆粒光吸收特性當(dāng)光照射到納米顆粒上時(shí)，一部分光能被納米顆粒散射到周圍介質(zhì)中，一部分光能被納米顆粒吸收最終轉(zhuǎn)化為熱能(圖1-4)[9,35]。Mie理論自1908年被提出之后，納米顆粒，尤其是球形納米顆粒的光學(xué)特性被廣泛研究并在實(shí)際應(yīng)用過程中取得重大進(jìn)展。1962....

本文編號(hào)：4013288