半导体@碳纳米材料的制备及其光热性能研究

作     者：陈楠 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴大雄

授予年度：2017年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：太阳能 光热转换 碳 氧化锡锑 四氧化三铁 水蒸发 

摘      要：化石能源危机及环境污染的加剧,使得人类对可再生清洁能源的需求与日俱增。太阳能光热转换是利用光热转换材料将太阳光转换为热能的技术。太阳光谱是包含紫外-可见-红外光的宽光谱,若想实现对太阳能的高效利用,制备太阳光宽光谱吸收的材料是关键。为此,本文制备了氧化锡锑(ATO)@C和FeO@C纳米材料,并研究了其光吸收和光热转换性能。以葡萄糖为碳源,一缩二乙二醇(DEG)为溶剂,利用高温回流法制备了ATO@C/DEG纳米流体。研究了葡萄糖加入量、ATO加入量和反应时间等因素对ATO@C纳米结构的形貌、分散程度,以及对纳米流体光吸收和光热转换性能的影响。结果表明:在ATO与葡萄糖摩尔比为5:3时,ATO@C/DEG纳米流体具有最佳的分散程度和最佳的宽光谱吸收效果;此比例下的纳米流体随浓度的增加太阳能加权吸收系数(8))逐渐增加,3 mg/m L的纳米流体在1 cm光程下8)达到最大值99.3%;此浓度下的ATO@C/DEG纳米流体具有最高的太阳能利用效率,为97.0%,即纳米流体吸收的太阳光绝大部分均已转化成为热量。以二茂铁为铁源,HO为氧化剂,丙酮为溶剂,采用溶剂热法制备了FeO@C纳米颗粒,将此颗粒分散至乙二醇(EG)中制备了FeO@C/EG纳米流体。研究了二茂铁加入量、HO加入量、反应时间和反应温度等因素对产物的形貌、结构,以及对纳米流体光吸收和光热转换性能的影响。结果表明:在180 oC下,加入0.15g二茂铁和2.5 m L的HO,反应72 h后得到的纳米颗粒具有较规整的形貌和最佳的宽光谱吸收效果;FeO@C/EG纳米流体随浓度的增加8)逐渐增加,0.4mg/m L的纳米流体在1 cm光程下8)达到最大值99.8%;此浓度下的FeO@C/EG纳米流体具有最高的太阳能利用效率,为83.5%。将ATO@C和FeO@C纳米颗粒作为光热转换材料负载至滤纸上进行水蒸发测试,研究了不同负载量对光吸收效果、水蒸发速率和热效率的影响。在氙灯(1 KW·m)照射下随负载量的增加水蒸发速率和热效率增加,最大水蒸发速率分别为1.39 kg·m·h和1.22 kg·m·h,较纯水蒸发速率分别增加0.96 kg·m·h和0.79 kg·m·h;热效率分别为95.04%和83.16%,较水热效率分别增加65.82%和53.94%。ATO@C和FeO@C纳米颗粒在水蒸发方向展现出的优异性能在未来的海上溢油处理、海水淡化方面将会有很广泛的应用前景。