登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《太阳能水蒸发材料》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2020-03-11

  • 太阳能水蒸发——利用太阳能从液态水中提取水蒸气——为发展环保和经济有效的淡水生产提供了基础。液态水消耗并携带能量，因此在这一过程中起着至关重要的作用。因此，广泛的实验和理论研究集中在水资源管理，以实现高效的太阳能蒸汽生产。许多创新材料已被提出，以实现高度可控和高效的太阳能到热能的转换，以解决从微观到分子水平的能量-水关系的挑战。在这篇综述中，我们总结了高效太阳能-热能转换和蒸汽生成材料设计的基本原则。我们讨论了如何结合光热材料、纳米结构/微观结构和水-材料相互作用，通过太阳能的就地利用来提高蒸发系统的性能。以材料科学和工程为重点，我们概述了纳米结构和微结构材料在基础研究和实际水净化应用中的关键挑战和机遇。

    ——文章发布于2020年3月10日

280浏览量
原文链接
相关报告

  • 《澳洲发布新型石墨烯太阳能加热超材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-04-29
    • 澳大利亚墨尔本斯威本科技大学(Swinburne University of Technology)转化原子材料中心(Center for Translational Atomaterials，CTAM)的研究人员开发了一种新型石墨烯薄膜，这种薄膜可以吸收90%以上的太阳光，同时消除了大部分红外热发射损失，这是该项壮举的首次报道。 这是一种高效的太阳能加热超材料，能够在开放环境中以最小的热损失快速加热到83摄氏度(181华氏度)。该薄膜的拟议应用包括热能收集和储存、光热发电和海水淡化。 CTAM创始董事贾宝华教授表示，在吸收太阳光的同时抑制热辐射损失(也称为黑体辐射)对于高效的太阳能热吸收器至关重要，但要实现这一目标却极为困难。她解释说：“这是因为，根据吸收的热量和吸收体的特性，发射温度不同，导致其波长有显著差异。但是我们已经开发出了一种三维结构的石墨烯超材料(structured graphenemeta materials, SGM)，它具有很高的吸收性，可以选择性地滤除黑体辐射。” 这种三维结构的石墨烯超材料由一层30纳米厚的交替石墨烯薄膜和沉积在沟槽状纳米结构上的介电层组成，该结构兼作铜衬底以增强吸收。更重要的是，所述基板以矩阵排列来图案化，以使得波长选择性吸收的柔性可调谐性。 石墨烯薄膜的设计吸收波长在0.28到2.5微米之间的光。铜基板的结构使得它可以作为选择性带通滤波器，抑制内部产生的黑体能量的正常发射。这样保留的热量可以进一步提高超材料的温度。因此，SGM可以快速加热到83摄氏度。如果特定应用需要不同的温度，可以制备和调谐新的沟道纳米结构，以匹配特定的黑体波长。 “在我们之前的工作中，我们展示了一种90纳米石墨烯吸热材料，”贾教授说。虽然它可以加热到160摄氏度，“但它的结构更为复杂，包括四层：基底、银层、氧化硅层和石墨烯层。我们的新双层结构更简单，不需要真空沉积。制造方法可扩展且成本低。” 这种新材料还将薄膜厚度显著减少到三分之一而使用了较少的石墨烯，其薄度有助于更有效地将吸收的热量传递到其他介质，如水。此外，薄膜是疏水性的，这有助于自我清洁，而石墨烯层有效地保护铜层免受腐蚀，有助于延长超材料的寿命。 “由于金属基底的结构参数是控制SGM整体吸收性能的主要因素，而不是其固有特性，因此可以根据应用需求或成本使用不同的金属，”Keng-Te Lin说，他是最近发表在《自然通讯(Nature Communications)》上的一篇关于超材料的论文的主要作者，也是Swinburne大学的研究员。他指出，铝箔也可以用来代替铜，而不会影响性能。 Keng-Te说：“我们利用原型机薄膜来生产清洁的水，并获得了96.2%的令人印象深刻的太阳能-蒸汽效率。对于使用可再生能源的清洁水发电来说，这是非常有竞争力的。” 他补充说，这种超材料还可以用于能量收集和转换应用、蒸汽发电、废水净化、海水淡化和光热发电。 但仍然存在的一个挑战是找到一种制造方法，使基板可伸缩。 “我们正在与一家私营公司Innofocus Photonics Technology合作，该公司已将一台涂层机商业化，用于铺设石墨烯和介电层，”贾教授说。“我们对此感到满意。我们现在正在寻找一种适合大规模生产铜基板的方法。”她补充道，一种可能的方法是采用roll-to-roll工艺。 同时，研究人员还在继续微调纳米结构设计，提高SGM的稳定性和吸收效率。“至于商业化，”贾教授说，“我们认为这在一到两年内是可能的。
    92浏览量
    原文链接

  • 《苏州纳米所蔺洪振团队等ACS Energy Letter：调控光热蒸发膜孔隙边界层效应提升太阳能水蒸发效率》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2023-04-26
    • 　太阳能驱动的界面水蒸发具有节能性、水处理成本低等诸多优点，基于光热材料的界面蒸发器通常依靠其自身特殊的多孔结构且比表面积大，能够与水体紧密接触，充分利用太阳能，使其成为研究热点。 此外，对界面蒸发器采用亲水涂层或位点修饰的光热材料，也能调控水的分子状态，提升水蒸气产生与效率。然而，就特定的光热材料和体系而言，水蒸气扩散速率严重受到光热材料中孔隙的变化的影响，分布不均及孔径不一的孔隙结构与蒸发水分子之间形成强大粘滞力，这严重阻碍太阳能蒸发器的效率。为了应对上述挑战，研究人员主要集中在构建与制备各种结构化多孔光热材料。然而，设计的孔结构是随机的，缺乏有力的理论指导。由于流体粘滞力的存在，流体会沿通道表面形成流速梯度，形成所谓的扩散边界层，产生边界层抑制效应，阻碍水蒸气扩散，降低蒸发效率。特别是，由于扭曲通道和不均匀孔径分布等因素引起的强大粘性力，随机交联孔隙中的边界层厚度显著增大。因此，亟需消除严重的边界层抑制效应是进一步提高太阳能蒸发器产水能力的有效途径及当前发展的迫切需求。  　　针对上述问题，中国科学院苏州纳米所蔺洪振团队联合江苏省农科院肖清波团队、成都大学陈瑜团队以及德国卡尔斯鲁厄理工学院电化学研究中心王健博士，从如何消除受限水蒸发边界层效应的角度，提出了低曲折度多孔蒸发器 (LTPE)，以突破长期存在的蒸汽扩散限制。在该设计中，结合理论模拟，所构筑的多孔结构可以有效地消除长距离有序低曲折通道中的扩散边界层厚度，从而能够以低扩散阻力提高蒸发速率。因此，LTPE 的蒸汽扩散速度比传统材料快 260%，在 4.0 m s-1的流速及一个太阳光强度下，水分蒸发率达到创纪录的 16.8 Kg m-2 h-1。 此外，3D 结构径向互连通道还可以在任意太阳照射和对流下实现稳定快速的水蒸发，显著提升了室外废水处理能力。 　　相关工作以Improving Solar Vapor Generation by Eliminating the Boundary Layer Inhibition Effect of Evaporator Pores为题发表在ACS Energy Letter上。通讯作者为王健博士、陈瑜教授、蔺洪振研究员以及肖清波研究员。该工作得到了国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。
    401浏览量
    原文链接