基于时域有限差分法的核壳双金属纳米颗粒光吸收率反转行为

双金属纳米颗粒能够有效整合两种金属的物理和化学性质并同时表达每种金属的独特性质,是提高光散射、光热转换、等离激元共振衰变和光子激发的重要材料.基于单独纳米颗粒的研究可以避免实验研究过程中纳米颗粒之间的相互影响,更能够有效分析入射光与纳米颗粒之间的相互作用.本文采用时域有限差分法计算了等离激元双金属核壳纳米颗粒的光谱学性能和能量传递衰减过程中的磁场、电场及吸收功率分布,以探讨其光谱吸收特性.结果表明,随着核芯粒径的增大,共振波长红移,当核芯粒径大于100 nm时,Ag@Pt双金属纳米颗粒吸收率高于纯金属纳米颗粒,这是由于壳层与核芯金属材料之间强烈的屏蔽效应使入射光仅与外层原子相互作用发生共振.同时,相对于Pt壳层而言,Ag核芯等离激元衰减更快,因此更多的能量转移到了Pt壳中,使Pt壳表面的磁场、电场较为集中且吸收功率较大.此外,Ag核芯中的能量更趋向于向邻近Pt壳转移,表现为靠近Ag核芯的区域能量吸收更为集中.本文为设计满足特定光谱响应需求的等离激元核壳结构双金属纳米颗粒提供了理论指导.

十四酸铜超疏水表面的溶剂热法制备及其润湿性

超疏水表面是防止低温条件下风机叶片表面结冰、保证机组安全运行的重要材料之一。本文以十四酸乙醇溶液和铜片为前体,基于溶剂热法将十四酸铜原位生长于铜片表面,通过调控前体浓度和反应时间获得了不同润湿性的疏水表面,实现了疏水表面润湿性的有效调控。此外,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了十四酸铜团簇的微结构及分布状态;借助X射线衍射仪(XRD)验证团簇粉末的晶格成分;通过接触角测量仪量化不同条件下样品的表面润湿性。结果表明,随着铜片表面十四酸铜团簇密集程度的增加,液滴与铜片的接触角增大,铜片润湿性降低;十四酸乙醇溶液浓度及反应时间可以显著改变十四酸铜分布状态,进而改变表面润湿性。疏水表面润湿性的变化是由于Ostwald熟化促进晶体生长,使表面的“禾苗”状聚合物逐渐生长成十四酸铜微米花。

碳化木的水热制备及其光热水蒸发性能强化

针对目前太阳能驱动界面水蒸发技术材料成本高、制备过程复杂、蒸发速率较低等问题,该研究基于农林樟子松自然进化的多孔结构,采用操作简单的一步热水法制备了亲水性强、蒸发速率接近理论极限的多孔光热材料。基于光热材料的碳化程度与供水高度调节,结合太阳能驱动界面水蒸发试验,考查了不同碳化温度、碳化时间和光热材料高度对界面光热水蒸发特性的影响规律。基于微观结构、元素分布、毛细水输运与传热规律分析,重点阐述了碳化木强化界面水蒸发的潜在机理。结果表明,温和的碳化过程保留了原木的原始孔隙结构,但木纤维被大量碳微球覆盖,形成了更加粗糙的表面,增强原木对入射光的吸收能力,使蒸发表面的温度提升了2.3℃。碳化反应去除了原木的部分疏水性木质素和半纤维素,增加了亲水基团-OH的比例,因此芯吸时间为120 s时,水在碳化木中的爬升高度由4.2 mm增加至22.3 mm。碳化木的稳态蒸发速率相比水和原木分别提高了130%和28%。碳化温度和时间分别为200℃和8 h的碳化木获得了最大蒸发速率1.24 kg/(m^(2)·h)。光热材料侧壁高度的增加降低了顶部蒸发面的供水速率和平均温度,因蒸发器热阻和热损失的减少而提升了蒸发速率。当侧壁高度为15 mm时,蒸发效率为66.2%,其等效蒸发速率为1.48 kg/(m^(2)·h),与理论极限接近。该研究为农林废弃物资源化利用和太阳能驱动界面水蒸发过程热湿平衡调控理论的发展提供了重要参考。

基于界面水蒸发的多孔光热材料水热平衡调控

光热驱动界面水蒸发是一种新型绿色水处理技术。蒸发表面的水分供需关系是影响蒸发速率的关键因素之一。本文以亲水聚乙烯醇改性的聚氨酯海绵为光热材料,基于毛细水运动规律,通过调控光热材料供水高度实现蒸发表面水分供需平衡。结果表明,当供水高度为10 mm时蒸发速率达到1.3 kg·m^(-2)·h^(-1),并且在质量浓度为3.5%的NaCl溶液中仍可维持1.27kg·m^(-2)·h^(-1)的蒸发速率。本文为提升界面光热蒸发速率提供了新思路。