【《太阳能光热蒸发材料综述》2100字】

太阳能光热蒸发材料综述目录TOC\o"1-3"\h\u26694太阳能光热蒸发材料综述 1296671.1有机光热材料 1166741.2碳基材料 2255531.3生物质材料 4显然，在蒸发系统中作为核心部件的太阳能界面蒸发器的性能直接决定了其光热转换效率的高低。典型的太阳能界面蒸发系统应具有高效的光吸收能力的蒸发器，同时多孔结构、亲水性、热集中性和供水能力是蒸发器的必备条件。研究人员正在探索不同的光热材料，以获得更高效的太阳能蒸发器。1.1有机光热材料人们研究最早的一种光热转换材料就是有机光热材料。部分高分子纳米颗粒也具有光热转换能力，近几年几种光热转换材料吸引了高度重视，其主要包括聚苯胺[13,15]、聚吡咯[15,16]和多巴胺[17]、PEDOT：PSS[13,18]等。由于有机光热材料具有优良的光热转换效率，和较高的稳定性，其在太阳能海水淡化领域的应用也越来越受到关注。ZhangLianbin[19]等通过电化学聚合的方式在不锈钢网上包覆了一层聚吡咯的膜并对其表面进行疏水改性，使其能够自由的漂浮在水面上(图1-5)。这种漂浮在水面的聚吡咯膜，在1KWm-2强度的光的激发下，其温度在20s内能够迅速从20℃升高到55℃。在自然环境中，将其自由的漂浮在水面上进行海水淡化测试，其对太阳光的利用率达到58%，高于其它同类型的膜，能够更大程度上利用太阳能。重要的是，这种聚吡咯膜无需聚光镜的帮助，在自然环境下就能够升高到较高的温度，实现较高的蒸发效率和较高的太阳能利用率。并且，制备这种光热转换薄膜所需的原料价格低廉，为其在海水蒸发中的大规模应用打下了良好的基础。图1-5制备超疏水聚吡咯膜的流程示意图以及薄膜表面形貌[19]1.2碳基材料人们对于碳基光热材料的研究，主要集中于碳纳米管和石墨烯两种。碳纳米管和石墨烯在近红外波段均有很高的吸收。这是由于在近红外光的激发下，表面的等离子共振效应使其温度迅速升高，进而使周围介质温度迅速升高。由于碳材料对太阳光具有较强的吸收，因此在太阳能海水淡化中的应用受到了人们的广泛关注。HadiGhasemi等[20]将剥离的石墨烯纳米片与具有亲水性的碳泡沫相结合构建了一种具有多孔状、高效的光热转换薄膜膜(图1-6)。这种薄膜对波长在250nm~2250nm范围的太阳光的吸收率高达97%，展现出来优异的光吸收性能。这种具有多孔状的材料能够产生局部高温，通过亲水性的碳泡沫的毛细作用将水分运输到高温区域进而实现盐与水的分离。因其在水蒸发的过程中，无需加热整个水体，能够最大限度的减少热量的损失，提高对太阳能的利用率。剥离石墨烯纳米材料与碳泡沫构建的多孔状光热转换膜在光强为10kWm-2的模拟太阳光照下，其对光的利用率高达85%。但是碳泡沫具有较高的热导率，使得部分热量通过碳泡沫传递到水体，造成了热量的损失，并且其需要较在高强度的光照下进行蒸发，限制了其实际应用。图1-6由碳泡沫支撑的剥离石墨烯双层结构[20]为此，LiuXiuqiang等[21]通过真空抽滤的方法，将还原氧化石墨烯固定在孔径为0.02mm的纤维素膜上，得到了可以折叠的高效光热转换膜(图1-7a)。这种由纤维素和还原氧化石墨烯共同构建的光热转换膜对太阳光的吸收效率接近94%。在太阳光的激发下，还原氧化石墨烯通过其光热转换作用在薄膜的表面产生局部高温，而纤维素薄膜由于其具有较好的亲水性，可以通过毛细作用将水分持续的运输到高温区域，驱使水分不断发生相分离，实现海水淡化。近年来人们还将碳基材料海水淡化与生物灭菌相结合，并取得了重大进展。Srikanth等[22]提出了一种基于还原氧化石墨烯(RGO)和细菌纳米纤维素(BNC)的新型RGO/BNC抗生物污染超滤膜。现阶段的抵制生物污染的方法主要依赖于化学处理，结合RGO/BNC膜的优异的光热性能，在光照条件下，其展现出优异的杀菌性能。这种新型的RGO/BNC膜可以增强膜的稳定性和耐久性，并抑制或延迟微生物表面生长(图1-7b)。在这项研究中开发的RGO/BNC提供了一种新的、高效的、环境友好的方法并成功验证了用于水处理抗生物污染的可行性。图1-7（a）非接触式太阳能蒸发装置的制备流程[19],（b）RGO/BNC膜的光热效应和杀菌性能[22]1.3生物质材料2016年，Tian等人[12]提出了具有高比表面积的三维开孔结构的三维材料作为新型海水淡化材料。他们把纳米等离子体结构加入到细菌纳米纤维素气凝胶中，制备出光吸收能力较强的泡沫材料。在不考虑反射损耗、表面辐射损耗和实验室损耗的情况下，在5kWm2的光照下，等离子体气凝胶的太阳能转换效率为76.3%。与石墨烯复合的细菌纳米纤维素气凝胶在10kWm2的光照下，太阳能转换效率为83%[23]。最近徐宁的团队提出的另一种方法是处理具有较强光吸收能力的天然植物得到的浮动式材料，在1kWm2光照下，天然蘑菇和炭化蘑菇的转换率分别为62%和78%（图1-8）。图1-8蘑菇的蒸汽生成装置及天然蘑菇和碳化蘑菇光热转换效率示意图[24]研究发现，蘑菇的太阳能蒸汽产生能力归因于其独特的自然结构，即伞形黑色菌毛、多孔性和小截面的纤维状菌柄[24]。受木质材料从根到叶表面的水分蒸发行为启发，碳化处理的木材[25]、含有碳纳米管涂层的柔性木模[26]和含有氧化石墨烯涂层的木材[27]等生物质光热蒸发材料受到关注。其中，含有氧化石墨烯涂层的木材在1、10和12kWm2的太阳辐照度下，太阳能转换效率分别达到72%、81%和83%。近来的研究主要集中在提高太阳能蒸发装置开发初期的效率，忽视了其在实际应用中的可行性。例如，陶瓷基材料、生物质材料等[32]，以及包括金属基