LaB6基纳米流体的制备与光热转换性能研究

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随着社会的发展,能源问题越来越受到人们的关注。太阳能以其来源广泛、对环境无污染、用之不竭等特点引起了研究人员的研究兴趣。其中,基于局域表面等离激元效应的纳米颗粒形成的纳米流体应用于光热转换领域可以有效缓解能源短缺问题。而具有较高的光热转换效率的前提就是提高纳米流体的光吸收性能。研究表明可以通过控制纳米颗粒的尺寸、介电常数等因素调控物质的等离激元响应,进而提高其光吸收性能。因此本文以六硼化镧(LaB6)为主要研究对象,探究不同尺寸的LaB6的光吸收性能以及光热转换性能,并探究其他元素掺入六硼化镧以改变其介电常数进而对其光吸收性能和光热转换性能的影响。以硼氢化锂为硼源,无水氯化镧为镧源,采用简单的固相法分别合成出不同尺寸的纯相立方晶系的LaB6纳米颗粒。合成温度影响着产物的尺寸,在400℃、600℃和800℃合成的LaB6纳米晶体的平均颗粒尺寸随着合成温度升高由8.6nm增加至15.4 nm。并对不同尺寸的LaB6纳米颗粒所制备的纳米流体的稳定性、光吸收性能和光热转换性能进行了探索。实验结果表明,基于双电层原理制备的LaB6/水纳米流体在弱碱性条件下呈现良好的稳定性,在p H值为9.5时,Zeta电位值大于30 m A。LaB6颗粒尺寸对制备的LaB6/水纳米流体的光吸收性能及光热转换性能存在影响。不同尺寸的LaB6纳米颗粒所制备的纳米流体具有不同的吸收谷波长,并且小尺寸LaB6所制备的纳米流体的对太阳辐射具有相对更强的光吸收性能,光热转换实验结果也表明小尺寸LaB6所制备的纳米流体呈现相对更优的光热转换性能。制备纳米流体中所含LaB6的浓度也影响着纳米流体的光吸收性能及光热转换性能,质量分数由0.002%增加至0.020%,其光热转换性能随之增强。小尺寸LaB6所制备的质量分数为0.020%的纳米流体的光热转换效率可达99.78%,经模拟太阳光的照射下纳米流体温度可由20℃上升至63℃。以硼氢化钠为硼源,无水氯化镧为镧源,无水氯化铈为铈源,合成了单一相具立方晶系结构的三元化合物La1-xCexB6纳米颗粒。研究了稀土Ce元素的掺入对制备三元化合物La1-xCexB6纳米颗粒光吸收性能以及光热转换性能的影响。实验结果表明,随着Ce元素掺杂量的增加,制备三元化合物La1-xCexB6纳米颗粒的尺寸也随之增大。制备三元化合物La1-xCexB6/水纳米流体呈现良好的稳定性,静置两周的纳米流体并未出现沉降的现象。光吸收结果表明其吸收谷的波长随着Ce元素掺杂量的增加出现了红移的现象,证实通过控制Ce掺杂量可实现了制备三元化合物La1-xCexB6纳米颗粒的等离激元调控的目的。在Ce元素掺杂量为0.25时所制备成的三元化合物La1-xCexB6/水纳米流体的光热转换性能相对最强,在模拟太阳光照射下,三元化合物La1-xCexB6/水纳米流体的温度可由20℃上升至60.0℃,其光热转换效率可达96.85%。以硼氢化钠为硼源,无水氯化镧为镧源,无水氯化钇为钇源,采用固相法合成了纯相立方晶系结构的三元化合物La1-xYxB6纳米晶体。配制的三元化合物La1-xYxB6/水纳米流体在弱碱性条件下,其Zeta电位值的大于30 m A,证实其具有良好的稳定性。探究了Y元素的掺杂量对制备三元化合物La1-xYxB6纳米晶体的结构及配制的三元化合物La1-xYxB6/水纳米流体的光吸收性能及光热转换性能的影响。光吸收实验结果表明,随着Y元素掺杂量的增加,三元化合物La1-xYxB6/水纳米流体的其吸收谷波长出现红移现象,表明Y元素的掺杂量可实现三元化合物La1-xYxB6的等离激元调控的目的。在Y元素掺杂量为0.25时所制备的三元化合物La1-xYxB6/水纳米流体的光热转换性能相对最强,在模拟太阳光照射下,三元化合物La1-xYxB6的质量分数浓度为0.020%时所配制的三元化合物La1-xYxB6/水纳米流体的温度可由20℃上升至59.3℃,其光热转换效率可达94.65%。
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