混合等离激元纳米流体的太阳能吸收特性及其调控方法研究

For the development of solar thermal conversion technology, this project is to study the absorption properties and its control method of hybrid plasmonic nanofluid. The hybrid plasmonic nanofluid is composed by nanoparticles of different materials, different structures (single-layer common structure, multi-layer composite structure), and different sizes, according to certain principle. The effects of interaction among different nanoparticles on overall absorption will be discussed. And, the synergistic effect of basic characteristics of hybrid plasmonic nanofluid (like particle types, materials, structures, sizes, concentration etc.) on overall absorption properties will be explored. The preparation method of hybrid plasmonic nanofluid will be established, and its photothermal performance will be experimentally tested. Finally, a method to improve photothermal performance of hybrid plasmonic nanofluid will be proposed. This project will enrich the connotation of energy science research and play an important role in improving the utilization efficiency of solar energy. Furthermore, this project will establish the foundation for the development of solar energy utilization technology.

针对太阳能光热利用技术发展的需求，开展混合等离激元纳米流体的太阳能吸收特性及其调控方法研究。将不同材料、不同结构（单层普通结构、多层复合结构）、不同尺寸的纳米粒子，按一定的配比原则混合，形成混合等离激元纳米流体。揭示混合纳米粒子之间的相互作用规律，分析粒子间的相互作用程度对吸收特性的影响；探索混合等离激元纳米流体的基本特征（所含不同粒子的种类、材料、结构、尺寸、浓度等）对总体吸收特性的协同作用；建立混合等离激元纳米流体的制备方法，实验测试混合等离激元纳米流体的光热转换特性，并进行光热转换效率的影响因素分析，从而建立混合等离激元纳米流体光热转换性能的强化方法。该项目对于丰富能源科学领域的研究内涵，提高太阳能的利用效率具有重要意义，同时也为我国太阳能光热利用技术的发展奠定基础。

随着科学技术的飞速发展和世界人口的快速增长，能源问题已成为人类赖以生存的关键问题。加之，传统能源形式在燃烧过程中会对环境造成污染，因此，迫切需要发展新的可再生能源形式。太阳辐射作为地球上能量的主要来源，为缓解能源问题提供了有效途径。太阳能取之不尽，用之不竭，并且对环境无污染。因此，太阳能的利用日益为人们所关注。.本项目以太阳能热利用为背景，从纳米流体的光学吸收特性和热学辐射特性两方面，研究了以纳米流体为工质的直接吸收式太阳能光热转换过程。探索了悬浮粒子之间的相互作用规律，分析了粒子浓度、结构特征和形状尺寸等因素对等离激元共振特征的调节作用；建立了研究混合等离激元纳米流体光热转换特性的理论模型，研究了混合纳米流体的光学参数、体积吸收式集热器的几何特征及运行条件对集热效率的影响；按照不同类型纳米粒子的配比原则，制备了混合等离激元纳米流体，采用紫外可见分光光度计对其光学性能进行表征，搭建了混合等离激元纳米流体光热性能测试的实验平台，在太阳光模拟器下测试了不同纳米流体的光热转换特性，分析了混合等离激元纳米流体的浓度，以及各组分的结构特征、形状尺寸和浓度配比对总体光学吸收特性及光热转换特性的影响规律，从而，建立了混合等离激元纳米流体光热转换性能的强化方法。.纳米粒子的形状、尺寸等因素对其共振特征有重要的调节作用，将不同形状尺寸的等离激元纳米粒子混合形成混合纳米流体，光吸收波段得到扩展，光吸收能力得到增强，弥补了传统单一组分纳米流体吸收波段较窄的缺点。获得相当的温升效果，混合等离激元纳米流体的浓度仅是普通纳米流体的1/10，有利于提高纳米流体的稳定性和系统运行的可靠性。调节混合纳米流体中各组分的配比，可以调节其共振特征与太阳辐射光谱相匹配，进而提高混合纳米流体的光热转换性能。本项目的研究成果可应用于体积吸收式的太阳能光热利用技术，对于增强太阳光的吸收能力，提高太阳能的利用效率具有重要意义。