钛基多孔光热转换材料的制备与性能研究

发布时间：2020-07-15 19:50

【摘要】：在当前能源需求快速增长和环境问题日益严重的背景下,开发廉价而高效的能量转化与储存材料显得尤为重要。光热转换材料是一类可将光能高效地转换为热能的功能材料,在太阳能光热利用和光热治疗等领域得到广泛的研究和应用。随着纳米技术的发展,金属纳米材料、半导体材料、碳材料等越来越多的材料被发现具有优异的光吸收和光热转换性能,而且通过改变材料的化学组成、微观尺寸、表面形貌等特征可以调控其光吸收的波段与强度。多孔结构的材料表面可显著降低反射率,同时采用具有表面等离子共振吸收特性的非稀有金属替代金、银等贵金属纳米粒子,可降低材料成本。基于此,本文采用阳极氧化和电沉积等方法,在钛表面制备了镍纳米粒子复合二氧化钛纳米管阵列(Ni-NPs@TiO_2-NTA)、铜纳米枝晶(Cu-NDs)、黑镍等新型多孔光热转换材料,并研究了形貌和组成对光学性能的影响。主要的内容和结果如下:(1)采用阳极氧化和电沉积法在钛片表面制备了蜂巢状的Ni-NPs@Ti O_2-NTA复合多孔膜。具有表面等离子共振吸收的Ni-NPs均匀沉积于TiO_2-NTA管壁上,通过硝酸铜溶液浸泡可降低Ni-NPs的粒径至~40 nm并提高吸收率。厚度和沉积时间对光吸收率影响较大,而孔径的影响不明显。厚约2μm、孔径约160 nm的Ni-NPs@TiO_2-NTA多孔膜的光吸收率可达96.83%。利用太阳能模拟器进行水加热实验,最高水温可达66.5°C。(2)采用高电流密度的直流电沉积法在钛片表面制备了高度分形和高孔隙率的Cu-NDs。具有表面等离子共振吸收和光陷阱效应的Cu-NDs的光吸收率达到94.89%,水加热实验中,最高水温可达63.9°C。(3)采用阳极氧化和电沉积法制备了无取向的三维多孔钛基Ni-NPs@TiO_2-NTA复合多孔膜;采用电沉积制备了三维多孔钛基黑镍涂层。两种多孔材料的光吸收率分别达到95.65%和97.35%,水蒸发的转换效率分别达到83.1%和87.0%。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.4

【参考文献】

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本文编号：2756933