含无机空心颗粒纳米流体的光热特性及其调控机制研究

纳米流体是在液体介质中添加纳米粒子形成的一类新型软材料，在太阳能光热转换及光伏电池光谱分频方面具有良好的应用前景。但是关于纳米流体光热转换特性影响规律及其调控机制这一科学问题的研究，迄今国内外未见报道。针对目前纳米流体对太阳光的吸收频带窄、光热转换效率低的问题，本项目调控合成对不同波段太阳光具有选择性强吸收的无机空心颗粒，然后制成太阳能光热转换及光伏电池分频用纳米流体；系统研究纳米流体光吸收、光散射和光热转换特性的影响因素和规律；利用准晶体近似等理论对纳米流体的光吸收、光散射进行数值模拟和理论计算；通过实验与理论计算结合，获得纳米流体光热转换特性的调控机制。采用无机空心颗粒制备的纳米流体，具有吸收频带宽、太阳能利用率高、材料节约、性能易调控等优点；通过实验与理论计算结合，揭示纳米流体光热转换调控机制这一科学问题，对太阳能利用和新材料开发具有重要的理论和实际意义。

纳米流体是在液体介质中添加纳米粒子形成的一类新型软材料，在太阳能光热转换及光伏电池光谱分频方面具有良好的应用前景。本项目调控合成了含CuS、CuInS2、Cu2O、CNTs、ATO空心颗粒以及CuO、TiO2、ATO、Bi2S3、炭黑等纳米颗粒构成的纳米流体，系统研究了纳米流体的光吸收、光散射和光热转换特性。结果表明：CuO、Bi2S3、Cu2O等纳米颗粒对可见光有好的吸收；锑掺杂氧化锡（ATO）纳米颗粒对紫外和红外波段光具有良好的吸收；碳纳米管、炭黑等碳素材料在可见光到红外的宽波段范围具有明显吸收；CuS空心颗粒的吸收与其颗粒形状、壳厚、有关；CuInS2空心颗粒的吸收大于CuS空心颗粒；ATO空心球的吸收与其壳层数有关，壳层数越多，吸收越强。ATO纳米颗粒构成的纳米流体可用于太阳能光伏利用的分频；CuO/ATO及ATO/C纳米流体可实现对太阳光的宽波段吸收和光热转换；理论计算与实验的对比结果表明：纳米颗粒的光散射对纳米流体消光有明显作用，但对光热转换无明显贡献；纳米颗粒对不同波段光的吸收是光热转换的关键因素，空心结构和异质界面对光热转换有强化作用。所获得成果对光热转换材料及太阳能利用纳米流体的设计、开发具有指导意义。