含无机空心颗粒纳米流体的光热特性及其调控机制研究

纳米流体是在液体介质中添加纳米粒子形成的一类新型软材料，在太阳能光热转换及光伏电池光谱分频方面具有良好的应用前景。本项目调控合成了含CuS、CuInS2、Cu2O、CNTs、ATO空心颗粒以及CuO、TiO2、ATO、Bi2S3、炭黑等纳米颗粒构成的纳米流体，系统研究了纳米流体的光吸收、光散射和光热转换特性。结果表明：CuO、Bi2S3、Cu2O等纳米颗粒对可见光有好的吸收；锑掺杂氧化锡（ATO）纳米颗粒对紫外和红外波段光具有良好的吸收；碳纳米管、炭黑等碳素材料在可见光到红外的宽波段范围具有明显吸收；CuS空心颗粒的吸收与其颗粒形状、壳厚、有关；CuInS2空心颗粒的吸收大于CuS空心颗粒；ATO空心球的吸收与其壳层数有关，壳层数越多，吸收越强。ATO纳米颗粒构成的纳米流体可用于太阳能光伏利用的分频；CuO/ATO及ATO/C纳米流体可实现对太阳光的宽波段吸收和光热转换；理论计算与实验的对比结果表明：纳米颗粒的光散射对纳米流体消光有明显作用，但对光热转换无明显贡献；纳米颗粒对不同波段光的吸收是光热转换的关键因素，空心结构和异质界面对光热转换有强化作用。所获得成果对光热转换材料及太阳能利用纳米流体的设计、开发具有指导意义。