[發明專利]一種用于太陽能水氣化的光譜選擇性吸光結構

有效

• 申請號: 202110030092.8
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112856837B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 邱羽;張鵬飛;李慶
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F24S70/225
• 分類號: F24S70/225
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

本發明公開了一種用于太陽能水氣化的光譜選擇性吸光結構，將具有高介電常數虛部的金屬與傳統的電介質復合為特殊納米結構，實現了對陽光的光譜選擇性吸收，吸收光譜范圍廣，光熱轉換效率高，其包括底層支撐板，底層支撐板上形成有金屬薄膜，金屬薄膜上形成有電介質薄膜，電介質薄膜上形成有多個金屬納米弧邊四角星形棱柱構成的正方形陣列，金屬納米弧邊四角星形棱柱的中心具有圓孔，正方形陣列中任意相鄰的四個金屬納米弧邊四角星形棱柱圍成一個正方形，每個正方形的中心具有貫穿底層支撐板、金屬薄膜和電介質薄膜的圓柱孔，金屬納米弧邊四角星形棱柱繞自身中心軸旋轉90°、180°、270°或360°之后均能與自身重合。

技術領域

本發明涉及太陽能利用技術領域，具體涉及一種用于太陽能水氣化的光譜選擇性吸光結構。

背景技術

淡水資源對于維持生命和社會經濟發展至關重要。隨著世界人口地不斷增加，淡水資源日益匱乏，淡水資源的獲取也逐漸成為學界和業界的關注焦點。利用太陽能水氣化的方式來實現海水淡化是獲取清潔淡水資源的有效途徑。其中，太陽能水氣化的關鍵步驟之一是將太陽能轉化為熱能來為水氣化供能，因此，吸光結構應盡可能吸收太陽光，并減少光的散射和反射。目前，研究人員主要著眼于采用基于氣液界面加熱的太陽能水氣化技術來提高光熱-蒸汽轉換效率，該技術常以金、銀等貴金屬納米結構作為太陽能吸光結構，并使其漂浮在水面上用于加熱表面海水，從而大大減小水面以下的主體水的能量損耗，有效提高了海水的蒸發速率。

近年來，相關技術中提出了很多種用于太陽能水氣化的吸光結構，包括有傳統貴金屬等離激元納米結構、石墨烯等碳基納米結構等。但現有的太陽能吸光結構普遍存在一些缺陷，例如：傳統貴金屬的吸收光譜范圍較窄，僅限于可見光區段；石墨烯等碳基材料的吸收光譜范圍過寬，在中遠紅外區段會有較大的輻射損耗，從而降低光熱轉換效率；結構過于復雜等問題。鑒于此，需要研究出一種能在可見光到近紅外區域具有高吸收率，且能夠保證較高光熱轉換效率的太陽光譜選擇性吸光結構。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種用于太陽能水氣化的光譜選擇性吸光結構，將具有高介電常數虛部的金屬與傳統的電介質復合為特殊納米結構，實現了對陽光的光譜選擇性吸收，吸收光譜范圍廣，光熱轉換效率高。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案為：包括底層支撐板，所述底層支撐板上形成有金屬薄膜，所述金屬薄膜上形成有電介質薄膜，所述電介質薄膜上形成有多個金屬納米弧邊四角星形棱柱按正方形排列構成的正方形陣列，所述金屬納米弧邊四角星形棱柱的中心具有圓孔，所述正方形陣列中任意相鄰的四個所述金屬納米弧邊四角星形棱柱圍成一個正方形，每個所述正方形的中心具有貫穿所述底層支撐板、所述金屬薄膜和所述電介質薄膜的圓柱孔，所述金屬納米弧邊四角星形棱柱繞自身中心軸旋轉90°、180°、270°或360°之后均能與自身重合。

進一步地，所述金屬納米弧邊四角星形棱柱的橫截面形狀為弧邊四角星形，且弧邊四角星形由四段形狀相同的圓弧圍成。

進一步地，所述弧邊四角星形的外接圓的直徑為100nm～1000nm，所述弧邊四角星形的每個圓弧的角度小于等于90°，所述圓孔的直徑為20nm～500nm。

進一步地，任意相鄰的兩個所述金屬納米弧邊四角星形棱柱的中心軸的間距大于等于所述弧邊四角星形的外接圓的直徑，且小于等于3000nm。

進一步地，所述底層支撐板的厚度為0.1mm～5mm。

進一步地，所述金屬薄膜的厚度大于200nm。

進一步地，所述電介質薄膜的厚度為5nm～200nm。

進一步地，所述圓柱孔的直徑為20nm～1000nm。

進一步地，所述底層支撐板的材料為任意熔點大于473K的金屬或非金屬；所述金屬薄膜和所述金屬納米弧邊四角星形棱柱的材料為鎳、鈦、鎢或鉻；所述電介質薄膜的材料為二氧化硅、氮化硅、硅、氧化鋁或二氧化鈦。