首页 > 学术论文

纳米结构粒子及其悬浮液的太阳能吸收特性和调控方法研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:27:40
热度:

纳米结构粒子及其悬浮液的太阳能吸收特性和调控方法研究【摘要】:随着科学技术的飞速发展和世界人口的快速增长,对能源的依赖程度日益增强,加之,传统能源形式在燃烧过程中会对环境造成污染等

【摘要】:随着科学技术的飞速发展和世界人口的快速增长,对能源的依赖程度日益增强,加之,传统能源形式在燃烧过程中会对环境造成污染等缺点,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。太阳能的吸收和利用可以分为两个方面:光热转换和光量子转换,是太阳能向其他形式能量(如热能、电能和化学能)的转换过程。无论是光热转换还是光量子转换,首要环节都需要强化材料对入射光的吸收性能。能量转换方式不同,所涉及的有效吸收波段也不尽相同,这就需要对材料的吸收特性进行有效调控,实现吸收性能的选择性增强。本文以太阳能利用为背景,以纳米结构为研究对象(包括单一纳米粒子和纳米粒子的悬浮体系),开展纳米结构光谱特性调控方面的研究,同时对纳米结构的性能进行实验测试,主要内容包括: 1、纳米结构光谱特性研究的理论方法 针对太阳能光热转换和光化学转换的物理过程,基于电磁理论,建立纳米结构光谱特性计算模型,采用麦克斯韦方程组描述入射光与结构之间的相互作用,通过Mie理论,离散偶极子近似(DDA)和时域有限差分(FDTD)等方法为物理问题建模。 2、单一组分纳米粒子的吸收特性调控 分析半导体材料的禁带特性,确定光谱调控目标;基于单一组分的纳米结构,建立理论模型,模拟纳米结构的光谱吸收特性;深入分析材料属性、尺寸、形状、纵横比和周围介电环境等因素对纳米结构吸收特性的影响;根据计算结果,揭示光谱吸收特性的调控机理。当结构尺寸较小时,物体对光的吸收作用占主导地位;随着尺寸的增大,吸收作用逐渐减弱,散射作用增强,逐渐起主导作用。结构对称性的降低,使吸收性能得到增强。金属材料周围环境折射率的增加,会引起共振峰向长波方向的移动,光谱响应波段变宽,并伴随有吸收作用的减弱和散射作用的增强。 3、等离激元复合纳米粒子的吸收特性及结构设计 针对单一组分纳米结构光谱调节范围有限的问题,设计一种核壳形式的复合纳米结构,利用金属表面激发的等离激元共振(LSPR)效应,实现复合结构光谱特性的调控。基于金属和半导体材料组成的两层复合结构,建立光谱特性计算模型,从核心材料属性、壳层材料属性、核心和壳层相对厚度,以及核心和壳层材料组合形式等角度,揭示两层核壳结构的光谱调控过程;分析金属/介质/半导体三种材料类型组成的三层复合结构的光谱吸收特性,讨论各层厚度对吸收性能的影响;模拟复合结构内部的电场分布,解释表面等离激元共振(LSPR)效应对光谱特性的调控机理。控制各层厚度可以实现LSPR共振峰在较宽波段范围内的调控。三层复合结构的光谱特性,可调节性更高。 4、等离激元复合纳米粒子悬浮体系的吸收特性调控 基于FDTD方法,分别对应用于光化学转换领域的Al/CdS纳米流体和应用于光热转换领域的TiO2/Ag纳米流体进行建模,模拟电磁波在纳米流体内部的传播过程。深入分析结构尺寸对纳米流体吸收性能的调节作用;讨论粒子之间的相互作用程度对吸收性能的影响;研究体系的光学特性与LSPR效应和粒子间相互耦合作用之间的关系。针对不同的应用背景,通过控制粒子尺寸、浓度等参数,实现纳米流体光谱特性的调控。复合结构外径尺寸较小,粒子浓度较大的等离激元纳米流体,对入射光的吸收能力较强。 5、等离激元纳米流体光热转换性能的实验测试 采用光致还原方法制备等离激元复合纳米粒子,将其分散于水中,制备成等离激元纳米流体。太阳光直接照射,对其光热转换性能进行测试。采用Omega10K3MCD1热敏电阻作为测温传感器,对纳米流体内部的温度变化进行监测,通过Keithly2700多功能数据采集仪进行数据收集,采用Hoge-3校准方程对测量数据进行校准。相同太阳辐照条件下,研究分析不同纳米流体(Ti02纳米流体、Ag纳米流体和TiO2/Ag纳米流体)的温升特性,分析导致温升性能出现差异的主要原因;讨论浓度对纳米流体光热转换性能的影响。TiO2/Ag等离激元纳米流体的温升性能均明显高于Ti02普通纳米流体。 【关键词】:太阳能利用 等离激元共振 吸收特性强化 光谱调控 FDTD方法 DDA方法
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB383.1
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-9
  • 目录9-12
  • 主要符号表12-13
  • 1 绪论13-24
  • 1.1 研究背景及意义13-14
  • 1.2 研究动态14-22
  • 1.2.1 基于光热转换的吸收特性控制15-18
  • 1.2.2 基于光量子转换的吸收特性控制18-22
  • 1.3 本文研究内容22-24
  • 2 纳米结构光谱特性研究的理论方法24-45
  • 2.1 Mie理论24-28
  • 2.1.1 散射系数24-27
  • 2.1.2 散射截面和吸收截面27-28
  • 2.2 离散偶极子近似(DDA)28-31
  • 2.2.1 DDA方法基本原理29
  • 2.2.2 偶极子极化率29-30
  • 2.2.3 计算模型30-31
  • 2.3 时域有限差分(FDTD)31-43
  • 2.3.1 麦克斯韦方程31-33
  • 2.3.2 材料模型33-36
  • 2.3.3 离散方程36-42
  • 2.3.4 边界条件42-43
  • 2.4 本章小结43-45
  • 3 单一组分纳米粒子的吸收特性调控45-65
  • 3.1 引言45
  • 3.2 半导体材料的光谱特性45-48
  • 3.2.1 禁带特性45-47
  • 3.2.2 光谱特性调控目标47-48
  • 3.3 单一组分纳米结构吸收特性的影响因素48-63
  • 3.3.1 材料属性的影响48-54
  • 3.3.2 尺寸的影响54-56
  • 3.3.3 形状的影响56-59
  • 3.3.4 纵横比的影响59-61
  • 3.3.5 周围介电环境的影响61-63
  • 3.4 本章小结63-65
  • 4 等离激元复合纳米粒子的吸收特性及结构设计65-86
  • 4.1 引言65
  • 4.2 两层等离激元纳米结构的吸收特性调控65-78
  • 4.2.1 核心材料属性对吸收特性的调控65-69
  • 4.2.2 壳层材料属性对吸收特性的调控69-70
  • 4.2.3 各层厚度对吸收特性的调控70-74
  • 4.2.4 核壳材料组合形式对吸收特性的影响74-78
  • 4.3 三层等离激元纳米结构的吸收特性调控78-84
  • 4.3.1 核心尺寸的影响78-80
  • 4.3.2 壳层厚度的影响80-81
  • 4.3.3 结构设计81-83
  • 4.3.4 近场分布83-84
  • 4.4 本章小结84-86
  • 5 等离激元复合纳米粒子悬浮体系的吸收特性调控86-99
  • 5.1 引言86
  • 5.2 Al/CdS复合纳米粒子悬浮体系的吸收特性86-93
  • 5.2.1 模型设置87
  • 5.2.2 材料模型87-88
  • 5.2.3 内径R_1的影响88-89
  • 5.2.4 外径R_2的影响89-92
  • 5.2.5 浓度的影响92-93
  • 5.3 TiO_2/Ag复合纳米粒子悬浮体系的吸收特性93-97
  • 5.3.1 尺寸因素的影响93-97
  • 5.3.2 体积浓度的影响97
  • 5.4 本章小结97-99
  • 6 等离激元纳米流体光热转换性能的实验测试99-110
  • 6.1 引言99
  • 6.2 TiO_2/Ag等离激元纳米流体的制备99-101
  • 6.3 TiO_2/Ag等离激元纳米流体光热转换性能测试101-109
  • 6.3.1 实验系统及方法101-103
  • 6.3.2 热电阻标定103-106
  • 6.3.3 实验结果分析106-108
  • 6.3.4 实验误差分析108-109
  • 6.4 本章小结109-110
  • 7 结束语110-113
  • 7.1 主要结论110-111
  • 7.2 创新点111-112
  • 7.3 工作展望112-113
  • 致谢113-114
  • 攻读博士期间发表的相关论文114-115
  • 参考文献115-124


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

NTC热敏电阻的标定及阻温特性研究    关奉伟;刘巨;于善猛;江帆;杨近松;

太阳能吸收式、吸附式制冷空调的应用    付志粉;

太阳能光解水制氢的研究进展    上官文峰

纳米TiO_2的光催化原理及其应用    任成军,李大成,周大利,刘恒,钟本和

Ag-聚酯复合薄膜的微结构与光学性能研究    梁平;曹铃;宋学萍;程晓敏;孙兆奇;

多孔硅有效介电函数研究    李宏建;卓敬清;欧阳俊;闫玲玲;熊志勇;

LiH电子结构与光学性质的密度泛函计算    雷洁红;邢丕峰;唐永建;周旭东;吴卫东;杨耀;

椭圆偏振仪测试非晶薄膜热光系数研究    陈伟;刘爽;曾璞;刘永;刘永智;

厚表层Si柔性绝缘衬底上SiC薄膜的外延生长    王晓峰,王雷,赵万顺,孙国胜,黄风义,曾一平

Hg_(1-x)Cd_xTe外延薄膜表面对红外透射光谱的影响    张小雷,孔金丞,马庆华,吴军,杨宇,姬荣斌

Ag层的厚度对ZnO/Ag/ZnO多层膜性能的影响    李俊;闫金良;孙学卿;李科伟;杨春秀;

热光伏系统中透明导电氧化物滤波器的优化分析    茆磊;叶宏;

光子晶体对大气窗口波段发射辐射的抑制作用    李进;叶宏;韦孟柳;

LED光致/电致发光的p-n结温度差异及其对光电特性的影响    文玉梅;张敏;李平;文静;王科;

新型双向传输型区域规整噻吩嵌段共聚物的合成与研究    祁争健;孙岳明;肖英博;颜大志;何艳芳;虞婧;韦斌;徐希恒;

CrSi_2能带结构和光学性质的第一性原理研究    周士芸;谢泉;闫万珺;陈茜;

Mg_2Si电子结构及光学性质的研究    陈茜;谢泉;闫万珺;杨创华;赵凤娟;

纳米周期结构红外隐身材料的制备及性能分析    杨辉;谢卫;张拴勤;潘家亮;

光解水制氢的Z型反应体系及其特性    冯清鹏;袁坚;施建伟;上官文峰;

铁电陶瓷裂纹尖端畴变的原位Raman观测    张飒;程璇;张颖;

新型有机小分子光电功能材料的设计及性质    周莹;李丹;肖义;钱旭红;

烧结温度对WO_(3-x)结构和光解水析氧催化活性的影响    马俊;李洁;陈启元;

电磁波与低维固体表面等离体子相互作用的研究    燕保荣

活性炭及其改性催化剂应用于碘化氢分解的性能及机理研究    陈云

基于Zn/ZnO的两步式热化学准循环制氢系统基础性研究    吕明

锌基氧(硫)化锌微纳米结构的合成、表征、光电性质及生长机理研究    黄林勇

苯并噻唑类有机金属络合物的分子结构与光电特性的研究    许慧侠

优质低应力金刚石复合片的高温高压合成    贾洪声

基于消失场激发的表面等离子体场增强拉曼散射的研究    刘钰

浮区法生长Zn_2TiO_4、ZnNb_2O_6和MgNb_2O_6单晶及性能研究    李亮

N掺杂p型Mg_xZn_(1-x)O薄膜的制备及相关问题的研究    高丽丽

基于酞菁铜的太阳能电池的研究    刘一婷

折射率调制光纤气体传感系统设计与研究    贾林涛

基于拉曼光谱下的A_2(MoO_4)_3材料热膨胀性研究    王志鹏

基于LPFGs氢敏探测器的研究    郭东歌

正交相Y_2Mo_3O_(12)薄膜的制备及光吸收性能研究    程慧

玻璃衬底上GaN和InN制备的研究    陈伟绩

Sr_3Al_2O_6体系红色发光材料的制备与性能研究    张玲

阳极氧化铝模板的制备及光学特性研究    楚庄

稀土掺杂发光材料溶胶—凝胶法制备与发光性能研究    戴俊

二氧化钛纳米材料的溶胶凝胶法制备及其光催化性能研究    张俊娟

光学上转换用Yb~(3+),Er~(3+):YAG单晶光纤的制备与特性研究    李刚

NTC热敏电阻器分段多项式拟合非线性补偿    杜西亮,孙慧明,聂义祥

吸附式制冷研究概况    王如竹,戴巍,周衡翔

NTC热敏电阻B常数    徐海英,董慧媛,刘英,缪长宗,高杰,吴宗汉

NTC热敏电阻R-T特性探讨    杜以强

NTC热敏电阻分段曲线拟合    程双双;姜平;肖红升;缪静芳;

一种描述热敏电阻R-T特性的数学模型    邢爱堂,战立欣

太阳能吸收式空调及供热综合系统    何梓年

热敏电阻在航天器上的应用分析    张加迅,王虹,孙家林

复合结构界面粘接强度的声-超声评价研究    邓明晰

竹木复合结构理论的创新与应用项目取得进展    

变换炉新型复合结构内衬的研究和应用    郭方奎;

变换炉新型复合结构内衬使用总结    郭方奎;

产业用纺织品中的三维复合结构    陈秋水

“用型内处理法制备复合结构和复合材料的实用化工艺研究”通过鉴定    成果

复合结构界面粘接质量的非线性超声检测    江念;王召巴;金永;陈友兴;

钛-复合材料复合结构快速制孔技术研究    秦月;

我国钢铁冶炼业“金属—耐材”复合结构研究的综述    王会刚,臧勇

综述我国钢铁冶炼业“金属-耐材”复合结构的研究现状与趋势    王会刚,臧勇,张雪松

非线性裂纹模型在复合结构失效分析中的应用    王利民;Leung K Y Christopher;

储罐玻璃钢四面锥复合结构修复技术的开发应用    张建伟;钱维坤;李继信;

三类结构概念和复合结构体系分类    闫翔宇;陈志华;

并列双座复合结构立窑的爆破    郑建中;左炳和;殷怀堂;

黏弹性层叠复合结构残余应力分析与优化    张梅;尚云东;张江涛;刘立胜;翟鹏程;

半导体-金属复合结构催化活性模拟研究    王翕君;江俊;

Ag@Ag_3PO_4@ZnO三元异质复合结构的制备及其光催化性能的探究    金超;秦瑶;李影;祖连海;杨金虎;

Fe_3O_4@SiO_2@Au复合结构在生物监测方面的应用    郑维时;郭子龙;庄家骐;杨文胜;

颗粒阻尼复合结构动力学响应特性研究    周宏伟;陈前;

金属-碳管复合结构的计算力学研究    王磊;

新型多货罐 钢塑复合结构化学品船研发成功    记者 张媖

复合结构微复制模具    

With的复合结构    山东省寿光市二职专 张艳萍

一种双金属层复合结构散热器    

宝马5系 潮流的领导者    张字

小议“with复合结构”    鄢陵县一高 袁志稳

无溶剂复合的主要特点和应用    左光申

节能型阳极导电装置通过鉴定    刘京青

汉语动词名物化复合结构的语义解释    赵京雷

复合结构丝的巨磁阻抗效应研究    刘龙平

新型人字支撑复合结构理论和试验研究    王新玲

智能复合结构损伤光修复与监测的相关技术研究    李鹏

电动汽车用复合结构永磁同步电机的电磁和温升问题研究    刘勇

潜式沉箱—群桩—平台型复合结构水动力特性研究    郭传胜

几种材料表面微纳米复合结构的构筑与应用    许苗军

二氧化钛纳米管及其复合结构的电沉积制备研究    祝巍

层状电介质复合结构    李雷

带绝缘层复合结构丝的巨磁阻抗效应    程金科

名词—名词型复合结构的语义解释    张韬文

弹性—粘弹性材料复合结构动力学计算与计算模型的修正    廖文冬

多层住宅新型复合结构的计算研究    李海明

地下复合结构动力特性研究    张林

汉语复合结构的概念图复合运算初探    吴敬桐

三组元周期复合结构的振动带隙分布规律研究    刘朔甲

多磁性层复合结构丝的巨磁阻抗效应研究    杨秀芳

减反特性的微纳复合结构的制备和研究    顾小勇

采用弹性基底的磁电复合结构有限元分析    程磊

多层住宅新型复合结构试验研究    张海东

Baidu
map