一種等離激元納米流體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米流體及其制備，是一種等離激元納米流體及其制備，屬于光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)的日益加劇，迫切需要尋找新型的可再生能源作為傳統(tǒng)能源的替代形式。大規(guī)模開發(fā)利用太陽能是減少空氣污染和有害氣體排放的有效措施之一，具有廣闊前景。太陽能有多種利用形式，包括光熱利用，光電利用和光化學(xué)利用。其中，光熱轉(zhuǎn)換是將吸收的太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，是最簡單、最直接的能量轉(zhuǎn)換形式。傳統(tǒng)的表面吸收式平板集熱器，依靠高吸收性的表面吸收能量，繼而傳遞給工作流體，這類集熱器通常具有較高的表面溫度，因而，輻射熱損失較強(qiáng)。體吸收式的太陽能集熱器，工作流體直接吸收太陽輻射，吸熱表面和工作流體之間的傳導(dǎo)熱阻得到避免，不存在高溫表面，因而，輻射熱損失得到降低。將納米顆粒懸浮在基液中，形成納米流體可以作為體吸收式太陽能集熱器的工作流體，應(yīng)用于光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。
[0003]和沒有懸浮粒子的基液相比，納米流體表現(xiàn)出不同的光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)。納米流體的相關(guān)研究已進(jìn)行的比較廣泛，文獻(xiàn)I (R.Saidur, Evaluat1n of the effect ofnanofIuid-based absorbers on direct solar collector.1nternat1nal Journalof Heat and Mass Transfer, 2012)評價了 Al納米流體的光學(xué)性質(zhì)，只需要在水中懸浮很小濃度的Al納米粒子形成納米流體，則對入射光基本不透明，充分說明納米流體不同于基液的獨特光學(xué)性質(zhì)。文獻(xiàn) 2 (Robert A Taylor, Nanofluid optical propertycharacterizat1n: towards efficient direct absorpt1n solar collectors.Nanoscale Research Letters, 2011)比較了不同納米流體(T12, Al, Ag, Cu 納米流體)的光學(xué)性質(zhì)，選擇合適的納米流體可以提高光熱轉(zhuǎn)換效率。但是，這些納米流體中懸浮的納米粒子只具有一種成分，對納米流體光學(xué)性質(zhì)的調(diào)節(jié)和改善作用有限，并且，一些金屬納米流體,如Ag納米流體成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。
[0004]等離激元納米流體是由復(fù)合納米粒子懸浮在基液中形成的，與普通納米流體不同，由于粒子表面等離激元效應(yīng)的激發(fā)，使該納米流體的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生重大改變，光熱轉(zhuǎn)換效率得到提高，將此種納米流體稱之為等離激元納米流體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高光譜吸收性能的等離激元納米流體及其制備方法。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種等離激元納米流體，Ag納米顆粒附著在T12粒子表面形成Ti02/Ag納米流體,金屬Ag表面激發(fā)等離激元共振效應(yīng),其中，T12與Ag的質(zhì)量比為1:0.648。
[0007]一種制備上述等離激元納米流體的方法，包括以下步驟: 第一步，采用光致還原方法在T12納米粒子表面沉積Ag顆粒,生成Ti02/Ag復(fù)合納米粒子；
第二步，將復(fù)合納米粒子分散到基液中，添加分散劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB); 第三步，超聲振蕩使納米粒子分散均勻，得到等離激元納米流體Ti02/Ag。
[0008]第一步中所述的T12納米粒子與Ag顆粒的質(zhì)量比為1:0.648。
[0009]第一步中所述的光致還原方法中采用紫外線燈照射，其照射時間不少于3小時。
[0010]第二步中所述的基液為水，所述的復(fù)合納米粒子的體積濃度為0.01，十六烷基三甲基溴化銨的添加量與復(fù)合納米粒子的質(zhì)量之比為1.2。
[0011]第三步中所述的超聲頻率為40kHz，超聲時間為30分鐘。
[0012]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是:
(I)該等離激元納米流體是由半導(dǎo)體/金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米粒子分散在基液中形成的，與單一成分的普通納米流體相比，金屬表面激發(fā)的等離激元共振效應(yīng)，使等離激元納米流體的光譜吸收性能得到增強(qiáng)。
[0013](2)在應(yīng)用于光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域時，能夠提高光熱轉(zhuǎn)換效率。
[0014](3)成本較低，制備方法簡單易行。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明等離激元納米流體的制備過程示意圖。
[0016]圖2是復(fù)合納米粒子TEM圖像。
[0017]圖3是T12普通納米流體和Ti02/Ag等離激元納米流體吸收特性的模擬結(jié)果對比。
[0018]圖4是等離激元納米流體和普通納米流體在相同太陽輻射條件下的溫升情況對比。
【具體實施方式】
[0019]根據(jù)上述內(nèi)容，給出如下實施例:
1、1.0 g T12納米粒子(市售)，添加到500 ml去離子水中，充分?jǐn)嚢鐸小時；
2、AgNO3水溶液(0.06M)添加到上述溶液，攪拌1.5小時，用紫外線燈照射3小時；
3、對上述溶液進(jìn)行過濾清洗和干燥，獲得Ti02/Ag復(fù)合納米粒子；
4、取1.0 ml上述復(fù)合納米粒子，分散于100 ml去離子水中，用磁力攪拌器進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，添加1.29 g表面活性劑CTAB ；
5、采用超聲清洗儀將上述溶液超聲振蕩30分鐘，超聲頻率為40kHz,使粒子充分分散，形成均勻的等離激元納米流體。
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0021]本發(fā)明的一種等離激元納米流體由Ti02/Ag復(fù)合納米粒子分散在基液中制備而成。所述Ti02/Ag納米粒子通過光致還原方法制備而成。
[0022]結(jié)合圖1，分散在基液中的納米粒子為復(fù)合結(jié)構(gòu)，由半導(dǎo)體材料和金屬材料兩種組分組成。為使納米粒子在基液中分散均勻，需要在溶液中添加分散劑CTAB，CTAB的添加量與Ti02/Ag復(fù)合納米粒子的含量成比例，兩者的含量之比為1.2。
[0023]結(jié)合圖2，復(fù)合納米粒子為Ag顆粒附著在T12表面形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0024]結(jié)合圖3，與單一成分的普通納米流體相比，金屬表面激發(fā)的等離激元共振效應(yīng)，使等離激元納米流體的光譜吸收性能得到增強(qiáng)。
[0025]結(jié)合圖4，本發(fā)明實現(xiàn)等離激元納米流體較強(qiáng)的光熱轉(zhuǎn)換性能，在相同的太陽輻照條件下，T12Ag等離激元納米流體的溫度最高可用達(dá)到60.53°C,而T12普通納米流體的最高溫度只有51.58°C，說明等離激元納米流體能夠明顯改善光熱轉(zhuǎn)換性能。
【主權(quán)項】
1.一種等離激元納米流體，其特征在于，Ag納米顆粒附著在T12粒子表面形成T12/Ag納米流體,金屬Ag表面激發(fā)等離激元共振效應(yīng),其中，T12與Ag的質(zhì)量比為1:0.648。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離激元納米流體，其特征在于，所述納米流體由以下步驟制備: 第一步，采用光致還原方法在T12納米粒子表面沉積Ag顆粒,生成Ti02/Ag復(fù)合納米粒子； 第二步，將復(fù)合納米粒子分散到基液中，添加分散劑CTAB ； 第三步，超聲振蕩使納米粒子分散均勻，得到等離激元納米流體Ti02/Ag。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離激元納米流體,其特征在于,第一步中所述的T12納米粒子與Ag顆粒的質(zhì)量比為1:0.648 ;所述的光致還原方法中采用紫外線燈照射，其照射時間不少于3小時。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離激元納米流體，其特征在于，第二步中所述的基液為水，所述的復(fù)合納米粒子的體積濃度為0.01，CTAB的添加量與復(fù)合納米粒子的質(zhì)量之比為1.2。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離激元納米流體，其特征在于，第三步中所述的超聲頻率為40kHz，超聲時間為30分鐘。6.一種等離激元納米流體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，采用光致還原方法在T12納米粒子表面沉積Ag顆粒,生成Ti02/Ag復(fù)合納米粒子； 第二步，將復(fù)合納米粒子分散到基液中，添加分散劑CTAB ； 第三步，超聲振蕩使納米粒子分散均勻，得到等離激元納米流體Ti02/Ag。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離激元納米流體的制備方法，其特征在于，第一步中所述的T12納米粒子與Ag顆粒的質(zhì)量比為1:0.648 ;所述的光致還原方法中采用紫外線燈照射，其照射時間不少于3小時。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離激元納米流體的制備方法，其特征在于，第二步中所述的基液為水，所述的復(fù)合納米粒子的體積濃度為0.01，CTAB的添加量與復(fù)合納米粒子的質(zhì)量之比為1.2。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離激元納米流體的制備方法，其特征在于，第三步中所述的超聲頻率為40kHz，超聲時間為30分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等離激元納米流體及其制備方法。制備上述等離激元納米流體，首先，采用光致還原方法在TiO2納米粒子表面沉積Ag顆粒，生成TiO2/Ag復(fù)合納米粒子；其次，將復(fù)合納米粒子分散到基液中，添加表面活性劑，超聲頻率40kHz，超聲振蕩30分鐘，得到等離激元納米流體TiO2/Ag。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是：與單一成分的普通納米流體相比，金屬表面激發(fā)的等離激元共振效應(yīng)，使等離激元納米流體的光譜吸收性能得到增強(qiáng)；應(yīng)用于光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域時，能夠提高光熱轉(zhuǎn)換效率；成本較低，制備方法簡單易行。
【IPC分類】C23C18/14, C09K5/10, B22F1/00, B82Y40/00, B82Y30/00
【公開號】CN104927787
【申請?zhí)枴緾N201410098909
【發(fā)明人】宣益民, 李強(qiáng), 段慧玲
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年3月18日