【摘 要】
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近几十年来,随着人口数量的急剧增长以及工业发展所造成的水污染,淡水资源的稀缺对人类社会的可持续发展构成了威胁。太阳能作为一种可持续能源,其绿色环保和低成本等优点使其受到广泛关注。本文研制出两种新型的光热转换材料,能够保证蒸发器在太阳辐射光谱中具有较高的光吸收能力和光热转换效率。另外对太阳能双层界面蒸发器的结构进行优化,实现了蒸发速率和效率的提升,且避免在蒸发界面沉积盐颗粒。主要的研究内容如下:本文
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近几十年来,随着人口数量的急剧增长以及工业发展所造成的水污染,淡水资源的稀缺对人类社会的可持续发展构成了威胁。太阳能作为一种可持续能源,其绿色环保和低成本等优点使其受到广泛关注。本文研制出两种新型的光热转换材料,能够保证蒸发器在太阳辐射光谱中具有较高的光吸收能力和光热转换效率。另外对太阳能双层界面蒸发器的结构进行优化,实现了蒸发速率和效率的提升,且避免在蒸发界面沉积盐颗粒。主要的研究内容如下:本文通过磁控溅射技术,物理气相沉积的方法制备TiNO光热转换材料。分析材料的表面形貌、孔隙率和吸光性能,光热层在紫外-可见光区域内具有极高的光选择吸收性,在390-780nm的可见光波长范围内的吸收率高达92.6%。在1k W·m-2的光照强度下,蒸发效率达到了84.05%。为探究Ti NO蒸发器实际的蒸发冷凝性能,在冷凝装置中对其淡水产生量进行实验,平均蒸发冷凝效率达到46%。为了进一步的提升太阳能光热转换材料的吸光性能,通过水热法制备自脱盐多孔还原氧化石墨烯（Reduced graphene oxide,rGO）泡沫。通过性能表征和实验测试发现多孔rGO光热转换材料具有优异的光吸收能力和光热转换性能,在250-2500nm的全太阳能光谱范围内的吸收率高达95%。在1k W·m-2的光照强度下,蒸发效率达到了89.6%。在冷凝装置中进行测试,其蒸发冷凝效率达到了56.4%,淡化后水的盐度降低4个量级,完全符合世卫组织的饮用水标准。将两种蒸发器进行分析对比发现,多孔rGO蒸发器的吸光性能和蒸发性能更为突出。采用COMSOL对多孔rGO蒸发器温度和蒸汽浓度分布进行模拟,通过热力学分析计算蒸发系统的传导、对流和辐射损失,结果表明系统的热损失较小,能够有效的实现热区域化,且模型表面的温度和蒸发速率与实验结果相吻合。本文致力于从机理角度设计和制作一种高效的界面蒸发系统,制作高吸光性能的光热转换材料,设计热局域化和减少能量损失的绝热供水结构,为今后太阳能界面蒸发技术的发展提供了新的研究思路。
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