[發明專利]一種等離激元納米流體及其制備方法

在審

• 申請號: 201410098909.5
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN104927787A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 宣益民;李強;段慧玲
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C09K5/10
• 分類號: C09K5/10;B22F1/00;C23C18/14;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發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，屬于光熱轉換領域。

背景技術

隨著能源危機的日益加劇，迫切需要尋找新型的可再生能源作為傳統能源的替代形式。大規模開發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，光電利用和光化學利用。其中，光熱轉換是將吸收的太陽能轉換為熱能，是最簡單、最直接的能量轉換形式。傳統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。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，應用于光熱轉換領域。

和沒有懸浮粒子的基液相比，納米流體表現出不同的光學和熱學性質。納米流體的相關研究已進行的比較廣泛，文獻1（R.?Saidur,?Evaluation?of?the?effect?of?nanofluid-based?absorbers?on?direct?solar?collector.?International?Journal?of?Heat?and?Mass?Transfer,?2012）評價了Al納米流體的光學性質，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性質。文獻2（Robert?A?Taylor,?Nanofluid?optical?property?characterization:?towards?efficient?direct?absorption?solar?collectors.?Nanoscale?Research?Letters,?2011）比較了不同納米流體（TiO₂，Al，Ag，Cu納米流體）的光學性質，選擇合適的納米流體可以提高光熱轉換效率。但是，這些納米流體中懸浮的納米粒子只具有一種成分，對納米流體光學性質的調節和改善作用有限，并且，一些金屬納米流體，如Ag納米流體成本較高，限制了其大規模應用。

等離激元納米流體是由復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的激發，使該納米流體的光學性質發生重大改變，光熱轉換效率得到提高，將此種納米流體稱之為等離激元納米流體。

發明內容

本發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。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種等離激元納米流體，Ag納米顆粒附著在TiO₂粒子表面形成TiO₂/Ag納米流體，金屬Ag表面激發等離激元共振效應，其中，TiO₂與Ag的質量比為1:0.648。

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TiO₂納米粒子表面沉積Ag顆粒，生成TiO₂/Ag復合納米粒子；

第二步，將復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TiO₂/Ag。

第一步中所述的TiO₂納米粒子與Ag顆粒的質量比為1:0.648。

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。

第二步中所述的基液為水，所述的復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合納米粒子的質量之比為1.2。

第三步中所述的超聲頻率為40kHz，超聲時間為30分鐘。

本發明和現有技術相比，其顯著優點是：

（1）該等離激元納米流體是由半導體/金屬復合結構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，金屬表面激發的等離激元共振效應，使等離激元納米流體的光譜吸收性能得到增強。

（2）在應用于光熱轉換領域時，能夠提高光熱轉換效率。

（3）成本較低，制備方法簡單易行。

附圖說明

圖1是本發明等離激元納米流體的制備過程示意圖。

圖2是復合納米粒子TEM圖像。