Ni 3 S 2 材料的制备及光热转换性能研究
发布时间：2021-11-09 07:39
淡水是人类赖以生存和发展的最重要的物质资源之一。太阳能驱动的水蒸发技术是一种潜在的有前途的方法和一种可行有效的淡水资源生产技术。在新兴的界面加热体系中,太阳能的捕获和水蒸气的产生均能在水-空气界面完成,大大提高了光热转换效率。因此,制备性能优良的光热材料并将其应用于界面体系具有重要意义。Co3O4和Ni3S2是两类具有较低禁带宽度的半导体材料,它们的吸收光谱范围覆盖了紫外-可见-近红外波段,可以捕获大量的太阳能,在光热转换领域有很大的应用潜力。本论文首先通过水热法在泡沫镍基底上制备了Co3O4和Ni3S2两类应用于界面加热领域的半导体光热转换材料,对其形貌及物相组成进行表征并对材料的光热转换性能进行了研究。对不同条件下制备的两类材料的形貌及性能进行了比较,总结出最具研究意义和实用价值的材料并对其进行更加系统的探究。研究其水热时间、水热温度及加入反应物含量对生成物形貌、相组成、光吸收特性及光热转换性能的影响,研究其...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型的太阳能蒸汽产生系统示意图[16]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-长方向上木头的导热系数为0.35W·m-1·K-1，而垂直于生长方向上其导热系数仅为0.11W·m-1·K-1，因此在垂直于生长方向上利用木头更有利于减少热传导造成的能量损失，如图1-2所示。基于此，作者在垂直于生长方向的木头表面涂覆了一层厚度为50μm的石墨烯，制备了木基光热转换材料[28]。研究表明，该材料在光照强度为1kW/m2时，光热转换效率为80%；当光照强度为10kW/m2时，转换效率可达89%。图1-2横向利用纤维孔道与纵向利用纤维孔道的对比示意图[28]a)横向孔道制造流程图；b)横向孔道SEM图；c)横向孔道蒸汽产生机制示意图；d)纵向孔道制造流程图；e)纵向孔道SEM图；f)纵向孔道蒸汽产生机制示意图Liu[29]等将金纳米颗粒沉积到无尘纸上，将金纳米颗粒的薄膜作为太阳光吸收器，通过无尘纸的毛细作用向吸收器表面提供水分，而且无尘纸热导率低，可以有效地减少热损失，经测试，在4.5kW/m2光强的光照射下，该材料的光热转换效率达到了77.8%。最近还报道了一种具有特殊性能的自合成支撑层。Zhu[30]等合成了一种带有双层电纺膜的Janus太阳能吸收器，用于高效的太阳能脱盐。两层结构具有相反的化学性质，其亲水底层用于供应谁的水的运输，而疏水表层用于防止盐在表面的积聚。在1个太阳照射下，Janus吸收器显示出高效的太阳能蒸汽产生转换效率(72%)和稳定的水输出。邓涛等人研究了材料的润湿性能对水蒸发速率的影响[31]。他在多空阳极氧化铝（AAO）上沉积Au纳米颗粒，形成了由Au纳米颗粒构成的光热转换层和AAO构成的多孔支撑层。然后分别对上下两个表面进行官能团修饰，使得表面的润湿性能发生改变，进而研究了表面润湿性能对蒸发速率的影响。研究表明，与空气接触的上表面的润湿性能对
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-性能对性能影响很大；亲水的下表面更有利于提高蒸发速率，而疏水性下表面不利于改善蒸发速率，这是由于前期吸收热量形成的气泡由于下表面的疏水性而不能顺利逸出，形成一层阻挡层，限制了进一步的质量传递和能量传递，从而使得蒸发速率降低。图1-3水蒸发装置的三层结构示意图[32]a)不加三层装置的热量传递示意图；b)加入三层装置的热量传递示意图；c)三层装置的制作过程示意图为了进一步减小热损失的维度，Zhu[32]等设计出水蒸发装置的三层结构，如图1-3所示，由棉纤维包裹着PS泡沫支撑着光热转换材料，顶层为氧化石墨烯片作为光吸收材料。其中，PS泡沫既可以充当支撑层，使其自漂浮在水面上，此外，泡沫具有极低的导热系数，大大降低了热量向水体的传递，使光热转换获得的能量集中在水-空气界面。棉纤维由于自身极强的毛细作用，可以将水源源不断的运送到吸收材料的表面，保证了蒸发过程持续稳定的进行。在该体系中，光热转换效率可以高达94%以上，该成果在界面加热装置的设计中引领了新的高度。在自然界中，植物具有将水分和营养物质从根部通过垂直排列的通道输送到树干和叶片的固有能力，这也被称为植物的蒸腾作用。受自然过程的启发，Miao等人开发了模拟蒸腾系统(MTS)作为直接高效的太阳能蒸汽发生器，在绝缘体和水之间引入了空间隔离，如图1-4所示[33]。水像树跟一样在一维通道中通过毛细力进行输送，PS泡沫充当绝缘体。他们成功制备了高性能无毒的墨渍纸和炭化木头光热转换材料。由于MTS的合理设计，在使用墨迹纸和碳化木材作为太阳能吸收
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ag@Ag2S/C光热转换材料的制备及其太阳能水蒸发性能[J]. 朱盟盟,曾文霞,吴大雄,朱海涛. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2019(03)
硕士论文
[1]Cu2-xS光热转换材料制备及其在界面加热中的应用[D]. 李雪健.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3484910
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型的太阳能蒸汽产生系统示意图[16]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-长方向上木头的导热系数为0.35W·m-1·K-1，而垂直于生长方向上其导热系数仅为0.11W·m-1·K-1，因此在垂直于生长方向上利用木头更有利于减少热传导造成的能量损失，如图1-2所示。基于此，作者在垂直于生长方向的木头表面涂覆了一层厚度为50μm的石墨烯，制备了木基光热转换材料[28]。研究表明，该材料在光照强度为1kW/m2时，光热转换效率为80%；当光照强度为10kW/m2时，转换效率可达89%。图1-2横向利用纤维孔道与纵向利用纤维孔道的对比示意图[28]a)横向孔道制造流程图；b)横向孔道SEM图；c)横向孔道蒸汽产生机制示意图；d)纵向孔道制造流程图；e)纵向孔道SEM图；f)纵向孔道蒸汽产生机制示意图Liu[29]等将金纳米颗粒沉积到无尘纸上，将金纳米颗粒的薄膜作为太阳光吸收器，通过无尘纸的毛细作用向吸收器表面提供水分，而且无尘纸热导率低，可以有效地减少热损失，经测试，在4.5kW/m2光强的光照射下，该材料的光热转换效率达到了77.8%。最近还报道了一种具有特殊性能的自合成支撑层。Zhu[30]等合成了一种带有双层电纺膜的Janus太阳能吸收器，用于高效的太阳能脱盐。两层结构具有相反的化学性质，其亲水底层用于供应谁的水的运输，而疏水表层用于防止盐在表面的积聚。在1个太阳照射下，Janus吸收器显示出高效的太阳能蒸汽产生转换效率(72%)和稳定的水输出。邓涛等人研究了材料的润湿性能对水蒸发速率的影响[31]。他在多空阳极氧化铝（AAO）上沉积Au纳米颗粒，形成了由Au纳米颗粒构成的光热转换层和AAO构成的多孔支撑层。然后分别对上下两个表面进行官能团修饰，使得表面的润湿性能发生改变，进而研究了表面润湿性能对蒸发速率的影响。研究表明，与空气接触的上表面的润湿性能对
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-性能对性能影响很大；亲水的下表面更有利于提高蒸发速率，而疏水性下表面不利于改善蒸发速率，这是由于前期吸收热量形成的气泡由于下表面的疏水性而不能顺利逸出，形成一层阻挡层，限制了进一步的质量传递和能量传递，从而使得蒸发速率降低。图1-3水蒸发装置的三层结构示意图[32]a)不加三层装置的热量传递示意图；b)加入三层装置的热量传递示意图；c)三层装置的制作过程示意图为了进一步减小热损失的维度，Zhu[32]等设计出水蒸发装置的三层结构，如图1-3所示，由棉纤维包裹着PS泡沫支撑着光热转换材料，顶层为氧化石墨烯片作为光吸收材料。其中，PS泡沫既可以充当支撑层，使其自漂浮在水面上，此外，泡沫具有极低的导热系数，大大降低了热量向水体的传递，使光热转换获得的能量集中在水-空气界面。棉纤维由于自身极强的毛细作用，可以将水源源不断的运送到吸收材料的表面，保证了蒸发过程持续稳定的进行。在该体系中，光热转换效率可以高达94%以上，该成果在界面加热装置的设计中引领了新的高度。在自然界中，植物具有将水分和营养物质从根部通过垂直排列的通道输送到树干和叶片的固有能力，这也被称为植物的蒸腾作用。受自然过程的启发，Miao等人开发了模拟蒸腾系统(MTS)作为直接高效的太阳能蒸汽发生器，在绝缘体和水之间引入了空间隔离，如图1-4所示[33]。水像树跟一样在一维通道中通过毛细力进行输送，PS泡沫充当绝缘体。他们成功制备了高性能无毒的墨渍纸和炭化木头光热转换材料。由于MTS的合理设计，在使用墨迹纸和碳化木材作为太阳能吸收
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ag@Ag2S/C光热转换材料的制备及其太阳能水蒸发性能[J]. 朱盟盟,曾文霞,吴大雄,朱海涛. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2019(03)
硕士论文
[1]Cu2-xS光热转换材料制备及其在界面加热中的应用[D]. 李雪健.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3484910
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