[发明专利]一种基于多孔复合材料的可控蒸发表面温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体蒸发方法，尤其是涉及一种基于多孔复合材料的可控蒸发表面温度的方法。

背景技术

蒸发是一种自然界最为基本的相变过程。其在火力发电、分馏提纯等工业生产及日常生活中有着十分关键的应用。如蒸汽发电，表面温度低直接影响表面产生高温蒸汽的使用效率；分馏提纯，可以通过控制表面温度，达到不同沸点的混合物的分离。现有的技术通过热敏传感器或者热电偶读取实时温度并通过改变热源功率的方法改变表面温度。这一做法能源转换效率较低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多孔复合材料的可控蒸发表面温度的方法，进而影响产生蒸汽温度和效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多孔复合材料的可控蒸发表面温度的方法，包括以下步骤：

(1)多孔光热转化复合材料的制备：以多孔固体材料为基体，将具有电磁波吸收特性的电磁波吸收颗粒复合在基体表面上；

(2)使用多孔光热转化复合材料进行液体蒸发：将多孔光热转化复合材料置于空气与液体界面，入射电磁波被电磁波吸收颗粒吸收，并被转化为热量加热表层液体，使液体表面温度上升并实现蒸发；

(3)通过改变多孔光热转化复合材料表面结构或化学性质实现控制液体蒸发时的表面温度：采用物理或化学手段处理多孔光热转化复合材料表面，调节上述材料表面的几何结构与化学性质，从而对液体蒸发过程中的表面温度进行控制。

优选地，所述的多孔固体材料外形包括薄膜状或平板状，多孔固体材料的材质选自金属、合金、无机非金属、有机高分子中的一种或几种的复合材料，多孔固体材料作为整体复合材料的骨架与液体与蒸汽运动通道。所述的多孔固体材料孔隙率介于0％～100％之间，所述的多孔固体材料内部孔洞或孔道使多孔固体材料至少有两个相对面相连通。

优选地，所述的电磁波吸收颗粒为金属、合金或非金属无机物颗粒。将电磁波吸收颗粒复合在基体上的方法包括化学或物理吸附方法、如浸泡，浸渍，雾化喷涂，旋涂等，自组装后沉积方法，可以直接使用提拉法，两相界面自组装后转移到基体上等，或使用过滤、减压抽滤法，用基体过滤含颗粒物的溶液。具电磁波吸收颗粒可分散在基体中，或以连续膜的形式覆于基体表面；且颗粒与基体具有一定的结合力，同时颗粒仍保留有光热转换性质。

优选地，步骤(2)中入射电磁波包括固定波长激光波、紫外光波、可见光波、红外光波或微波等，以一定的强度照射在上述颗粒上而被吸收，吸收方式包括本征吸收与等离激元共振效应吸收中的一种或两种。

在蒸发过程中，多孔固体材料与电磁波吸收颗粒耐受颗粒产生的高温，保持几何外形不堵塞液体与蒸汽运动的通道。

优选地，步骤(3)中采用物理或化学手段包括物理气相沉积、化学气相沉积、光刻、化学腐蚀、电化学腐蚀或化学官能团修饰中的一种或多种共同使用。

与现有技术相比，本发明利用电磁波吸收颗粒将光能高效转化为热量，加热并汽化表层液体，并通过改变基体的表面物理化学性质控制蒸发时的表面温度。具体而言，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明使用本征吸收效应或等离激元共振效应吸收光能，提高光热转化效率。

(2)本发明中集中加热表层液体，减少其余环节的热量损耗，热量利用效率大幅度提高。

(3)本发明方法可通过不同表面性质的复合材料，在蒸发时控制液体的表面温度。

附图说明

图1为多孔结构复合材料光学照片；

图2为复合材料基体扫描电子显微镜照片，a为底部，b为顶部；

图3、图4、图5分别为不同性质的材料蒸发时的表面温度分布。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

(1)金纳米颗粒的制备

在沸腾的去离子水中加入氯金酸(HAuCl₄)溶液，氯金酸(HAuCl₄)溶液已按照配方配好比例，将混合液搅拌均匀后，加入配好的柠檬酸三钠溶液，边加热边搅拌20分钟，随后在室温下冷却并继续搅拌15分钟，得到粒径为10nm的金纳米颗粒。将得到的金颗粒溶液作为种子，通过重复引入一定比例的盐酸羟胺溶液以及氯金酸溶液，使金纳米颗粒逐步长大。金纳米颗粒的粒径可由10nm生长至100nm左右。生长完全后静置使金纳米颗粒沉降，金纳米颗粒即为电磁波吸收颗粒，也就是光热转化颗粒。

(2)双层复合膜的制备