传输太阳能用PMMA/Ag泄漏型空芯光纤的制备与研究

【摘要】： 近几十年来，太阳能利用技术已经取得了很大的进步，但是由于太阳能资源固有的低密度性和间歇性，太阳能的广泛应用一直受到很大制约。研究和开发高效传输太阳能的特种光纤，并使其能够进行低损耗稳定传输是进行太阳能应用的趋势。 本文着重设计并制备了PMMA／Ag泄漏型空芯光纤，并对其制备工艺进行了深入的研究。通过对电介质／金属泄漏型空芯光纤与金属泄漏型空芯光纤传输特性的理论分析，选择电介质／金属泄漏型空芯光纤作为传输太阳能的材料。 通过分析选择石英玻璃基管作为制备空芯光纤的基管材料，内径为1.0mm。通过理论推导与分析认为：与其它的金属材料相比，金属银的可见及近红外反射率最高，因此金属银最适合用做制备空芯光纤的金属薄膜层的材料；通过理论分析与比较几种聚合物的性质，确定选择聚合物PMMA作为电介质层材料；通过理论推导与计算确定了金属与电介质膜的最佳理论厚度，即银膜为1.0μm，PMMA膜的厚度为54nm。 对银薄膜的制备工艺及影响银薄膜性能的因素如工艺设备、预处理过程、反应条件等进行了研究。通过实验研究了SnCl_2溶液的敏化效果及机理，对毛细管确定了较好的清洗工艺和合适的实验参数，最终确定了合适的制备方案与工艺。合适的温度为15～20℃，溶液的pH值为10.0，反应时间为10～15min，银薄膜反射率在波长为450nm以后达到了80％以上。在石英玻璃毛细管内沉积银薄膜时银氨溶液与还原液的流速为10ml／min，制得的银薄膜质量较好。 对PMMA薄膜的制备工艺及影响因素如PMMA溶液的浓度、提拉速度、提拉次数等进行了研究，确定了合适的PMMA薄膜制备工艺，PMMA溶液浓度为0.25％，流速为6ml／min，反应时间为20s。 对制备的PMMA／Ag泄漏型空芯光纤的传输性能进行测试和分析发现，该空芯光纤的损耗为4.14dB／m，其弯曲损耗比直传损耗大，且随着弯曲角度的增加，其损耗越来越大，这与电介质／金属型空芯波导的传输理论是一致的。同时，PMMA／Ag泄漏型空芯光纤的传输稳定性较好，是一种有前景的高能传能光纤或照明用光纤。 【关键词】：太阳能传输 空芯光纤 银膜 PMMA膜 复合薄膜
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 太阳能发展状况9-11
• 1.2 光纤传能的发展与研究现状11-12
• 1.3 空芯光纤传能的研究现状12-14
• 1.4 本文的研究目的和意义14-16
• 第2章 空芯光纤的传输原理和模型设计16-29
• 2.1 空芯光纤的传输原理16-21
• 2.1.1 金属型空芯光纤的导光机理16-17
• 2.1.2 电介质/金属型空芯光纤的导光机理17-21
• 2.2 空芯光纤的模型设计21-28
• 2.2.1 空芯光纤的金属膜层材料的选择22-26
• 2.2.2 制备空芯光纤的电介质层材料的选择26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 金属银膜的制备与测试分析29-42
• 3.1 基片的预处理29-30
• 3.1.1 玻璃基片的清洗29
• 3.1.2 玻璃基片的敏化29-30
• 3.2 银膜的制备30-33
• 3.2.1 实验原理30-31
• 3.2.2 实验药品31
• 3.2.3 实验仪器31
• 3.2.4 实验方案31-33
• 3.2.5 银膜的清洗33
• 3.2.6 银膜的干燥33
• 3.3 银膜的测试分析33-40
• 3.3.1 基片的预处理对银膜的影响34-36
• 3.3.2 制备工艺对银膜的影响36-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 PMMA膜的制备与测试42-48
• 4.1 PMMA膜的制备42-43
• 4.1.1 PMMA的结构与性能42
• 4.1.2 溶剂的选择42-43
• 4.1.3 配制PMMA溶液43
• 4.1.4 制备PMMA涂层43
• 4.1.5 样品的处理43
• 4.2 PMMA膜的测试分析43-47
• 4.2.1 提拉速度对膜层的影响44
• 4.2.2 提拉次数对膜层的影响44-45
• 4.2.3 PMMA浓度对膜层的影响45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第5章 空芯光纤制造工艺与试验研究48-62
• 5.1 实验方案的确定48-51
• 5.1.1 基管材料的选择48
• 5.1.2 基管材料内径的确定48-50
• 5.1.3 金属银膜厚度的确定50
• 5.1.4 PMMA电介质膜厚度的确定50
• 5.1.5 空芯光纤最终实验方案的确定50-51
• 5.2 空芯光纤的制备51-56
• 5.2.1 空芯光纤的清洗和敏化51-53
• 5.2.2 空芯光纤金属银膜的制备53-55
• 5.2.3 空芯光纤电介质膜的制备55-56
• 5.3 空芯光纤的测试56-60
• 5.3.1 光源与光纤的耦合56-57
• 5.3.2 光纤损耗测试原理57-58
• 5.3.3 光纤损耗测试结果与分析58-60
• 5.4 传输稳定性测试60
• 5.5 本章小结60-62
• 第6章 结论62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 附录69

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