【摘 要】
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太阳能作为一种可再生资源,它具有取之不尽,用之不竭和清洁安全等优势,已经受到越来越广泛的关注。水蒸发发生在空气-水界面,因此将热量局域到空气-水界面的太阳能驱动水蒸发技术可以实现高效的光热转换和利用,在海水淡化、污水处理等领域有着广阔的应用前景,由于TiN比传统光热转换材料具有更宽、更强的等离子体共振吸收光谱,无毒性且具有更好的化学稳定性,因此被认为是一种极具前景的光热转换材料。本文通过设计和制备
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太阳能作为一种可再生资源,它具有取之不尽,用之不竭和清洁安全等优势,已经受到越来越广泛的关注。水蒸发发生在空气-水界面,因此将热量局域到空气-水界面的太阳能驱动水蒸发技术可以实现高效的光热转换和利用,在海水淡化、污水处理等领域有着广阔的应用前景,由于TiN比传统光热转换材料具有更宽、更强的等离子体共振吸收光谱,无毒性且具有更好的化学稳定性,因此被认为是一种极具前景的光热转换材料。本文通过设计和制备不同体系的TiN基复合材料,利用自搭建的模拟蒸腾装置对所制备的TiN基复合材料的光热转换性能进行了研究,开发其在太阳能蒸汽中的应用。为了提高光热转换薄膜的水蒸发速率,以TiN纳米颗粒作为光热转换材料,聚乙烯醇(PVA)作为水输送层,亲水性的慢性滤纸作为基底,采用表面沉积法制备PVA-TiN复合薄膜。结果表明纯PVA薄膜的光吸收和光热转换性能较弱,但添加TiN纳米颗粒后,PVA-TiN复合薄膜在整个太阳光谱范围的吸收明显增强。在光照强度为1k W m-2时,PVA-15%TiN样品蒸汽产生速率达1.43 kg m-2 h-1,是纯PVA薄膜的1.27倍。这种水输送层与光热转换层的复合薄膜设计对太阳能驱动水蒸发具有显著的增强效应。滤纸基底向下放水体的传导热损失较大,本文以低热导率的木片为基底,使用旋涂法制备木片-TiN复合材料。当旋涂仪转速为2000 rpm时,TiN纳米颗粒在木片表面分散均匀。为了进一步改善木片的亲水性,通过对木片进行表面等离子处理,然后采用旋涂法将TiN分散液涂覆于木片表面,制备出高效吸光的TWP复合材料。并且对比了等离子处理对光热转换性能的影响。当等离子处理时间为2 min时,在1 k W m-2的光照下,TWP样品太阳能蒸汽产生的速率可达到1.87 kg m-2 h-1,是未经过等离子表面处理的TW样品的1.3倍。当处理模拟海水时,在1 k W m-2的光照下,10次循环后蒸发速率可保持在1.26 kg m-2 h-1。
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