[发明专利]一种等离激元纳米流体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米流体及其制备，是一种等离激元纳米流体及其制备，属于光热转换领域。

背景技术

随着能源危机的日益加剧，迫切需要寻找新型的可再生能源作为传统能源的替代形式。大规模开发利用太阳能是减少空气污染和有害气体排放的有效措施之一，具有广阔前景。太阳能有多种利用形式，包括光热利用，光电利用和光化学利用。其中，光热转换是将吸收的太阳能转换为热能，是最简单、最直接的能量转换形式。传统的表面吸收式平板集热器，依靠高吸收性的表面吸收能量，继而传递给工作流体，这类集热器通常具有较高的表面温度，因而，辐射热损失较强。体吸收式的太阳能集热器，工作流体直接吸收太阳辐射，吸热表面和工作流体之间的传导热阻得到避免，不存在高温表面，因而，辐射热损失得到降低。将纳米颗粒悬浮在基液中，形成纳米流体可以作为体吸收式太阳能集热器的工作流体，应用于光热转换领域。

和没有悬浮粒子的基液相比，纳米流体表现出不同的光学和热学性质。纳米流体的相关研究已进行的比较广泛，文献1（R. Saidur, Evaluation of the effect of nanofluid-based absorbers on direct solar collector. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012）评价了Al纳米流体的光学性质，只需要在水中悬浮很小浓度的Al纳米粒子形成纳米流体，则对入射光基本不透明，充分说明纳米流体不同于基液的独特光学性质。文献2（Robert A Taylor, Nanofluid optical property characterization: towards efficient direct absorption solar collectors. Nanoscale Research Letters, 2011）比较了不同纳米流体（TiO₂，Al，Ag，Cu纳米流体）的光学性质，选择合适的纳米流体可以提高光热转换效率。但是，这些纳米流体中悬浮的纳米粒子只具有一种成分，对纳米流体光学性质的调节和改善作用有限，并且，一些金属纳米流体，如Ag纳米流体成本较高，限制了其大规模应用。

等离激元纳米流体是由复合纳米粒子悬浮在基液中形成的，与普通纳米流体不同，由于粒子表面等离激元效应的激发，使该纳米流体的光学性质发生重大改变，光热转换效率得到提高，将此种纳米流体称之为等离激元纳米流体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较高光谱吸收性能的等离激元纳米流体及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种等离激元纳米流体，Ag纳米颗粒附着在TiO₂粒子表面形成TiO₂/Ag纳米流体，金属Ag表面激发等离激元共振效应，其中，TiO₂与Ag的质量比为1:0.648。

一种制备上述等离激元纳米流体的方法，包括以下步骤：

第一步，采用光致还原方法在TiO₂纳米粒子表面沉积Ag颗粒，生成TiO₂/Ag复合纳米粒子；

第二步，将复合纳米粒子分散到基液中，添加分散剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）；

第三步，超声振荡使纳米粒子分散均匀，得到等离激元纳米流体TiO₂/Ag。

第一步中所述的TiO₂纳米粒子与Ag颗粒的质量比为1:0.648。

第一步中所述的光致还原方法中采用紫外线灯照射，其照射时间不少于3小时。

第二步中所述的基液为水，所述的复合纳米粒子的体积浓度为0.01，十六烷基三甲基溴化铵的添加量与复合纳米粒子的质量之比为1.2。

第三步中所述的超声频率为40kHz，超声时间为30分钟。

本发明和现有技术相比，其显著优点是：

（1）该等离激元纳米流体是由半导体/金属复合结构的纳米粒子分散在基液中形成的，与单一成分的普通纳米流体相比，金属表面激发的等离激元共振效应，使等离激元纳米流体的光谱吸收性能得到增强。

（2）在应用于光热转换领域时，能够提高光热转换效率。

（3）成本较低，制备方法简单易行。

附图说明

图1是本发明等离激元纳米流体的制备过程示意图。

图2是复合纳米粒子TEM图像。