金纳米颗粒等离激元对挥发效率影响的机理研究

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金纳米粒子胶体溶液在可见光照下由于等离激元热效应而产生蒸汽。通过改变一系列参数,诸如光照强度,纳米粒子浓度,尺寸以及容器的大小,两种能提高蒸发速率的效应在文中会重点研究。一种现象是瞬时态效应即等离激元诱导的热蒸发,另一个则是对流延迟效应。由人类皮肤出汗蒸发以及树叶表面蒸腾作用的启发,在进一步的工作中我们提出了基于纸的金纳米颗粒薄膜。该薄膜采用自组装纳米金颗粒沉积在纸上形成等离激元复合材料。由于这种新型仿生复合材料集自加热和多孔材料的优点,使液面蒸发的效率得到了极大的提高,由于材料本身的低热导率,因此在实际蒸发中避免了热损失。相比较简单的自组装金纳米粒子薄膜,该复合材料具有稳定性高和可多次重复利用的特点。在实验中,我们研究了不同的纸张类型以及蒸发表面改性对蒸发过程的影响。另外,红外图像显示当纸基材料的润湿性变化,纸面温度则会改变。  为了解释这种纳米尺寸现象是如何发生的,我们采用通过使用单个和一对金纳米粒子模型建立流体力学仿真。通过模拟可以观察到蒸气发生形成过程,并且对于两个纳米颗粒的理论模拟,发现纳米颗粒周围的气泡聚结成为一个微泡。经调整的参数,如颗粒尺寸和颗粒之间的距离,模拟能够揭示粒子浓度与光强度之间的潜在联系,这对于研究气泡聚结的研究有着重要意义。  本文中探讨的实验将会有助于更深入的理解等离激元热传递水效应的机制以及产生蒸汽泡的原因。以上的研究将会对蒸发速度的可控化及其蒸发效率的显著提高起着重要的意义。
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