稳定分散石墨烯纳米流体的制备及其光热转换性能研究

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基于均匀分散的纳米流体对太阳光的直接吸收和光热转换是一种高效的太阳能热收集方式。当前关于光热转换纳米流体的研究主要集中于低温的水基纳米流体,为提高太阳能光热利用效率和应用范围,迫切需要发展中高温太阳能光热纳米流体。然而,纳米流体普遍存在分散性不稳定的问题,纳米颗粒在流体中易于发生团聚,这种团聚倾向在中高温使用条件下更为明显,严重制约了中高温太阳能光热转换技术的发展。本文选择石墨烯作为太阳能光热转换纳米材料,探索了两种中高温下稳定分散的太阳能光热纳米流体制备方法。本文先利用乙醇润湿的单层氧化石墨烯作为起始材料,利用其表面丰富的含氧基团与乙二醇分子之间的相互作用,实现其在乙二醇流体中的均匀分散,再采用一步加热法对氧化石墨烯进行部分还原,制取了还原氧化石墨烯-乙二醇流体,所获得的流体可以在120℃保持长时间的稳定分散。为进一步提高纳米流体的使用温度,本文通过采用喷雾干燥法制备了褶皱状氧化石墨烯,并对其表面采用氨基封端硅油进行改性,制备了石墨烯-二甲基硅油纳米流体。得益于褶皱状石墨烯之间范德华吸引力小以及表面修饰分子的空间位阻效应,所制备的流体可以在200℃保持长时间的稳定分散。本文制备的两种石墨烯纳米流体均具有优异的太阳光吸收性能、较高的比热和较低的粘度,是一种非常具有潜力的中高温太阳能集热材料。同时,本文研究的稳定分散的石墨烯纳米流体也有望应用于其他领域,并推动稳定分散的多功能纳米流体研究领域的发展。
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