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通过调节底层孔隙率实现双层太阳能蒸汽生成系统的性能优化
摘要： 近年来，太阳能蒸汽发电因其潜在的海水淡化等应用而备受关注。本研究通过在烧结锯末薄膜上涂抹碳颗粒制备了双层太阳能蒸汽发电系统，该系统相比广泛使用的木材具有可调节孔隙率的独特优势。随后探究了孔隙率对蒸发性能的影响。实验结果表明：孔隙率会显著影响薄膜中的水分传输，水分扩散率随孔隙率增加几乎呈线性增长。蒸发效率随孔隙率升高而提升，当孔隙率达到约0.52后缓慢下降。水分扩散率增强的正面效应与底层薄膜热导率升高的负面效应共同作用，使得0.52的孔隙率成为提升蒸发效率的最优值。在1 kW·m?2光照强度下，该最优孔隙率实现了77.64%的蒸发效率，与既往报道的双层系统最佳性能相当。热量通过底层传导至水体及顶部表面对流热损失占总热损失的83%，提示未来应用中需进一步降低这两种能量损耗模式。鉴于其材料易得、制备简便、成本低廉且效率优异，我们认为0.52孔隙率系统适合作为高效太阳能蒸汽发电装置使用。
关键词： 太阳能蒸汽生成、热导率、太阳能、多孔材料
更新于2025-11-14 15:14:40
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用于高效太阳能蒸汽发电的双层凹凸棒石制备
摘要： 太阳能蒸汽发电技术的发展备受关注。本研究展示了一种基于凹凸棒石/聚丙烯酰胺复合材料的新型双层光热材料（APAC）的制备方法：以N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在凹凸棒石存在下通过丙烯酰胺溶液聚合制得。该APAC材料具有优异的热稳定性（分解温度达250℃）、良好的力学性能（75%应变下抗压强度达125千帕）、低表观密度（0.0191克/立方厘米）及丰富的多孔结构（伴随低导热系数0.07瓦/米·开尔文）。通过简易火焰处理在APAC表面构建薄碳层以增强光吸收，该双层结构在1倍太阳光照下实现1.2千克/平方米·小时的蒸汽产生速率，对应85%的光-蒸汽转换效率。凭借低成本、可规?；票?、高太阳能转换效率等优势，该APAC有望成为高性能太阳能发电光热材料。
关键词： 转换效率、太阳能蒸汽生成、凹凸棒石、双层结构
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过量产碳纳米片框架实现高效太阳能蒸汽生成
摘要： 通过利用镁粉与二硫化碳蒸气的反应，实现了克级规模的碳纳米片框架合成。这种覆盖于织物上的蓬松碳纳米材料在太阳能蒸汽生成方面展现出卓越性能。该碳膜在可见光和红外光谱范围内具有约98%的高光学吸收率。在1倍太阳模拟光照强度（1000 W m-2）下，干燥与水饱和碳膜表面温度分别达到104℃和45℃，表明其具备优异的热局域能力。因此，该碳膜在1倍太阳光照下展现出高达93%的太阳能-蒸汽转化效率，优于大多数已报道的光热转换材料。所制备的碳材料有望为低成本获取太阳能生产清洁水源开辟新途径。
关键词： 太阳能蒸汽生成、镁热还原、光热转换、碳纳米片、气固反应
更新于2025-09-23 15:23:52
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用于太阳能蒸汽生成的高效光热转换器——黑色硅藻胶体
摘要： 近年来，利用转换器实现太阳能产蒸汽作为太阳能能量转换的替代形式，受到了显著的研究关注。合理设计的光热转换器对提高蒸汽生成效率至关重要。在此，我们提出一种基于硅藻壳骨架的新型胶体型光热转换器——这是一种天然设计的、含有通孔结构的胶体。通过聚吡咯的蒸气沉积聚合、弱碱处理以及后续的聚苯乙烯蒸气沉积聚合等工艺，在不破坏孔隙结构的前提下，赋予其宽带吸收、磁性和水面漂浮特性。所制备的胶体光热转换器在阳光照射下展现出卓越的蒸汽生成效率。
关键词： 太阳能蒸汽生成、表面处理、硅藻、化学气相沉积、宽带吸收
更新于2025-09-23 15:23:52
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采用具有热局域化功能的碳纳米管膜蒸馏装置增强太阳能蒸汽生成
摘要： 通过膜界面太阳能加热实现高效太阳能蒸汽生成是缓解淡水资源短缺的一种有前景的方法。本工作开发了一种膜蒸馏装置（MDD），该装置由作为太阳能吸收层的碳纳米管（CNT）膜、作为水传输管道的定性滤纸以及作为热绝缘体的气凝胶毯组成，以实现高效的太阳能收集和热量局域化，从而增强水的蒸发。结果表明，在1 kW m?2的光强下，MDD实现了高达84.6%的热转换效率，并在10次循环测试中表现出优异的循环稳定性。因此，这种自组装且可重复使用的MDD是海水淡化的一个有前景的候选方案。
关键词： 热局域化、太阳能蒸汽生成、太阳能收集、碳纳米管
更新于2025-09-23 15:22:29
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源自商用面巾纸的自漂浮碳化组织膜，用于高效太阳能蒸汽生成
摘要： 太阳能蒸汽生成技术在大规模海水淡化和污水净化中实际利用太阳能方面具有巨大潜力。研究表明，表层水的局部加热能最大化蒸汽生成的能源效率，因此光热材料需在工作时漂浮于水面。然而，制备兼具自漂浮能力、低成本和易制备特性的太阳能蒸汽生成光热材料极具挑战性。本研究通过商用面巾纸碳化制备出自漂浮高效太阳能蒸汽生成碳化纸膜。这种低成本且可规?；奶蓟侥の扌枞魏胃ㄖ纯善∮谒?，在3倍太阳光照下能以4.45 kg m-2 h-1的速率高效产水蒸气，光热转换效率高达95%。其自漂浮特性、优异的蒸汽生成性能及低成本优势，使该碳化纸膜有望成为未来实际应用的潜在替代方案。
关键词： 自漂浮、膜、一步合成、碳材料、太阳能蒸汽生成
更新于2025-09-23 15:22:29
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由原子级厚度纳米片构建的氧缺陷钼氧化物分级纳米结构：一种高效的太阳能蒸汽生成吸收体
摘要： 太阳能蒸汽生成是淡水回收的潜在途径，因而近年来备受关注。为进一步提升水蒸发速率，需开发如等离激元过渡金属氧化物等新型材料。本研究报道了一种由原子级厚度超薄纳米片构成的氧缺陷钼氧化物分级纳米结构（MoOx HNS），其被证实为太阳能蒸汽生成的优异吸收体。得益于宽带光吸收和特殊组装结构，负载于聚四氟乙烯膜（MoOx HNS膜）的该材料展现出卓越的蒸汽生成促进性能。在1倍太阳光强（1 kW m?2）照射下，蒸发速率可达1.255 kg m?2 h?1，能量转换效率达85.6%，与其他海水淡化材料相比性能最优之一。同时，该MoOx HNS膜在实验室及户外条件下均能实现高性能海水淡化。增强的水蒸发性能可归因于高效光热转换与独特通道结构的协同效应。本研究拓展了可用于海水淡化系统的材料研究范围。
关键词： MoOx分级纳米结构、海水淡化、光热转换、氧空位、太阳能蒸汽生成
更新于2025-09-23 15:21:21
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宽带聚合无关的等离子体吸收器，用于高效太阳能蒸汽生成
摘要： 在自然阳光下实现高效太阳能蒸汽发电对污水净化和海水淡化具有巨大潜力。表面等离子体共振技术已被广泛用于增强和扩展光学吸收范围。迄今为止，大多数报道的宽带等离子体太阳能吸收器是通过紧密聚集或设计等离子体结构实现的。本研究开发了一种新型金纳米结构等离子体吸收器——海参状纳米结构（纳米海参）。通过合理调控单纳米粒子层面的各向异性，该纳米海参无需设计纳米粒子聚集或构建等离子体结构，就能在整个太阳光谱范围内实现优异的光学吸收（92.9%）。将这些纳米海参负载于聚合物气凝胶网络后，体系展现出79.3%的卓越太阳能-蒸汽能量转换效率。在1倍标准太阳光AM1.5G照射下，可实现2.7 kg m-2 h-1的稳定太阳能蒸汽产生速率，并在实际海水蒸汽生成过程中表现出优异的抗盐析出性能。本工作展示了一种具有聚集无关特性的宽带等离子体吸收器，为高效太阳能蒸汽发电提供了新方案，同时也为实际海水淡化应用开辟了新策略。
关键词： 等离激元吸收体、太阳能海水淡化、金纳米结构、太阳能蒸汽生成、纳米海参
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有双层纳米-微米结构的纤维素纸基底，用于增强等离激元光热加热和太阳能蒸汽生成
摘要： 等离子体纳米粒子（如金纳米粒子AuNPs）因其优异的光热性能，已被广泛应用于海水淡化与水净化的太阳能蒸汽生成领域。这类纳米粒子通常锚定在多孔支撑材料中以方便操作并增强吸水性。然而，在提升光在多孔支撑体内向纳米粒子的传输效率以实现更高效光热加热方面进展有限。本研究展示了一种通过定制多孔结构的纤维素纸支撑AuNPs来增强光吸收从而实现高效光热加热的方法。该纸张由锚定AuNPs的纤维素纳米纤维（上层）和纤维素浆料（下层）构成双层结构，形成垂直方向上的纳米-微米级双重多孔结构。其中浆料衍生的底层微结构能将透射光反射回上层的AuNPs，从而提高其光吸收率。实验表明：在相同AuNPs含量下，相较于单层AuNPs-纤维素纳米纤维纸，这种双层结构在1倍太阳光照下展现出更优异的光热加热性能（温度从28°C升至46°C）和太阳能蒸汽生成速率（1.72 kg m?2 h?1）。此外，相同光照条件下该双层纸的单位AuNPs水蒸发速率比现有最先进的AuNPs-多孔材料高出两倍以上。该策略为贵金属等离子体纳米粒子的高效利用及太阳能蒸汽生成技术的进一步发展提供了新途径。
关键词： 金纳米粒子、等离子体纳米粒子、纤维素纸、纳米-微米结构、光热加热、太阳能蒸汽生成
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有自修复超疏水性的仿生光热转换涂层，用于高效太阳能蒸汽生成
摘要： 光热转换材料易受水中微生物和泥沙污染，也易被氧化性物质、腐蚀性液体及紫外线破坏，这极大限制了太阳能蒸汽发电的实际应用。受荷叶启发，本研究通过喷涂蜂蜡、多壁碳纳米管和聚二甲基硅氧烷的混合物，制备出可规?；?、化学与机械稳定性强且具有导电性的光热转换涂层，该涂层具备自修复超疏水性。所得光热转换涂层展现出宽带光吸收能力，可在阳光照射下高效产生蒸汽。超疏水性的整合赋予涂层自清洁功能，能防止水中微生物和泥沙导致的蒸汽生成效率下降。此外，该涂层可通过蜂蜡迁移修复超疏水性损伤，提供持久保护。涂层还具备电驱动蒸汽生成能力，在无阳光时仍可持续产汽。鉴于其低维护需求、简易制备工艺及高性价比，这种自修复超疏水性光热转换涂层有望为偏远/灾区提供淡水解决方案。
关键词： 自修复、涂层、光热转换、太阳能蒸汽生成、超疏水性
更新于2025-09-23 17:09:56