一种金字塔形太阳能光热蒸发器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金字塔形太阳能光热蒸发器，包括隔热层、输水通道和金字塔形光热蒸发结构。所述金字塔形光热蒸发结构包括四个光热吸收面，每个光热吸收面均包含若干从金字塔顶延伸至底部的渐扩集水微流道；其从表层到底部依次为等离激元纳米颗粒表层、中间亲水层、底层基底。所述输水通道由吸水棉芯组成，吸水棉芯位于所述隔热层内设置的平行孔道内，其下端伸入到水体中，上端与光热吸收面集水微流道相连。该发明专利技术金字塔形三维光热蒸发结构大大增加了光热蒸发面积，同时利用等离激元纳米颗粒实现高效光热转换，此外集水微流道及亲水层保证了蒸发水的快速充分供应，从而实现高效太阳能蒸发及海水淡化。本发明专利技术还提供了上述蒸发器的制备方法。的制备方法。的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种金字塔形太阳能光热蒸发器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光热蒸发
，特别是涉及一种三维形式的金字塔形太阳能光热蒸发器及其制备方法。

技术介绍

[0002]海水淡化是解决水资源短缺的理想途径。基于太阳能光热蒸发的海水淡化技术，由于绿色无污染、能源利用持续度高的优点，已被广泛的应用于海水淡化等领域，成为净化水、解决水资源短缺的新兴途径，尤其为偏远地区、海岛等小范围的家庭用水提供了可行性的解决方法。
[0003]目前提出的太阳能光热转换界面蒸发结构，以二维平面式光热结构为主，其厚度很薄，通常直接悬浮或漂浮在海水表面进行光热转换，吸收体与海水液面直接接触，通过加热光热结构附近的薄层水产生蒸汽，进行盐分与淡水的分离。然而在上述过程中，由于漂浮于界面的薄膜结构厚度较薄，故向下部水体热量散失大，造成严重的热损耗。此外，目前已出现的的二维平面光热转换结构有效蒸发面积较少，且平面式结构对太阳光入射角度要求高，易造成光反射和散射损失，故而光吸收效率和光热转换效率偏低。
[0004]为此，三维光热蒸发结构成为太阳能光热蒸发的理想选择。然而目前的三维光热蒸发结构通常是吸收体与供水通道分离设计，供水通道仅将水输运至光热吸收体的某一点，再依赖于光吸收层表面的亲水特性逐渐润湿全部吸收层，易存在集水能力偏低、供水不足等难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种金字塔形太阳能光热蒸发器，大大增加有效光热蒸发面积，降低了光热吸收结构对光照射角度的要求，且其供水通道设置于吸收体表面层，大大提高了水的输运速率，从而提高光吸收效率和光热转换效率。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述金字塔形太阳能光热蒸发器的制备方法。
[0007]本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0008]一种金字塔形太阳能光热蒸发器，包括：隔热层、输水通道和金字塔形光热蒸发结构；
[0009]所述隔热层内部沿着高度方向含有若干平行设置的输水通道，所述金字塔形光热蒸发结构位于隔热层上方，所述隔热层漂浮于水体表面；
[0010]所述金字塔形光热蒸发结构的侧面为四个光热吸收面，每个光热吸收面均包含若干从金字塔顶延伸至底部的集水微流道，所述集水微流道的宽度沿着金字塔顶至底部的方向逐渐增大；所述集水微流道与输水通道连通；
[0011]所述金字塔形光热蒸发结构，从表层到内部依次为等离激元纳米颗粒表层、中间亲水层、底层基底。
[0012]在一较佳实施例中：所述输水通道为吸水棉芯；所述吸水棉芯位于所述隔热层内
设置的平行孔道内；所述吸水棉芯的下端伸入到水体中，上端与所述微流道相连。
[0013]在一较佳实施例中：所述隔热层材料为聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、硅基多孔材料中的一种。
[0014]在一较佳实施例中：所述输水通道为环矩形等距排列；输水通道的直径为2
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5mm，数目为24
‑
40个。
[0015]在一较佳实施例中：所述微流道在金字塔底部一侧的宽度为0.25
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0.5mm，深度为0.25
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0.5mm，相邻两微流道的间距为1
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3mm。
[0016]在一较佳实施例中：所述金字塔形光热蒸发结构的基底材料为聚二甲基硅氧烷，其表面含有10
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30nm厚的等离激元纳米颗粒。
[0017]在一较佳实施例中：所述等离激元纳米颗粒包括金、银、铂、铜、铝等金属纳米颗粒及四氧化三铁等金属氧化物颗粒中的一种或几种组合。
[0018]本专利技术还提供了一种如上所述的一种金字塔形太阳能光热蒸发器的制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)制备倒金字塔形模具，并浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚液，在烘箱仲烘干后冷却至室温,剥离PDMS固化块体，得到金字塔形基底；
[0020](2)采用等离子刻蚀方法，在金字塔基底四个侧面分别进行等离子刻蚀，分别加工出宽度沿着金字塔顶至底部方向逐渐增大的集水渐扩微流道；
[0021](4)采用氦等离子体处理方法，将金字塔基底结构置于等离子体清洗器密闭仓中，使表层PDMS材料完全氧化，形成具有类二氧化硅亲水层；
[0022](5)采用溅射镀膜方法，将金字塔基底结构置于离子溅射仪真空室中，使待沉积侧面保持水平，采用金靶材进行溅射镀膜；再调转金字塔侧面，重复相同操作，直至金字塔结构四个侧面均溅射完成，从而得到表面含有10
‑
30nm厚的等离激元纳米颗粒、且均布有微流道的金字塔形光热蒸发结构；
[0023](6)将金字塔形光热蒸发结构置于隔热层上方，并将吸水棉芯置于隔热层内部的平行孔道中，形成输水通道，从而得到完整的金字塔形太阳能光热蒸发器。
[0024]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0025](1)金字塔形三维光热蒸发结构，相比于二维平面光热蒸发结构而言，显著降低了对光照入射角度的要求，大大增加了实际光热蒸发面积。
[0026](2)金字塔形光热蒸发结构表面集水微流道的设计，大大提高了水在光热吸收体表面的输运速度，确保光热结构蒸发过程中充足的水供应。
[0027](3)隔热泡沫内嵌吸水棉芯结构的设计，大大降低了光热吸收层向下部水体热传导损失，同时不影响水体向光热蒸发结构的供水，从而保证光热蒸发过程的持续进行。
[0028](4)等离激元纳米颗粒的应用，在光热转换中能充分发挥热局域性能，自发抑制对整个水体的加热，且等离激元纳米颗粒可覆盖全太阳光谱，有效提高了光吸收效率。
附图说明
[0029]图1为本专利技术中金字塔形太阳能光热蒸发器工作原理图；
[0030]图2为本专利技术中金字塔形太阳能光热蒸发器结构示意图；
[0031]图3为本专利技术中金字塔光热吸收结构放大图及截面图；
[0032]图4为本专利技术中隔热层截面形状示意图；
[0033]图中：1.隔热层；2.输水通道；3.金字塔形光热蒸发结构；4.集水微流道。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0036]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金字塔形太阳能光热蒸发器，其特征在于包括：隔热层、输水通道和金字塔形光热蒸发结构；所述隔热层内部沿着高度方向含有若干平行设置的输水通道，所述金字塔形光热蒸发结构位于隔热层上方，所述隔热层漂浮于水体表面；所述金字塔形光热蒸发结构的侧面为四个光热吸收面，每个光热吸收面均包含若干从金字塔顶延伸至底部的集水微流道，所述集水微流道的宽度沿着金字塔顶至底部的方向逐渐增大；所述集水微流道与输水通道连通；所述金字塔形光热蒸发结构，从表层到内部依次为等离激元纳米颗粒表层、中间亲水层、底层基底。2.根据权利要求1所述的金字塔形太阳能光热蒸发器，其特征在于：所述输水通道为吸水棉芯；所述吸水棉芯位于所述隔热层内设置的平行孔道内；所述吸水棉芯的下端伸入到水体中，上端与所述集水微流道相连。3.根据权利要求1所述的金字塔形太阳能光热蒸发器，其特征在于：所述隔热层材料为聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、硅基多孔材料中的一种。4.根据权利要求1所述的金字塔形太阳能光热蒸发器，其特征在于：所述输水通道为环矩形等距排列；输水通道的直径为2
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5mm，数目为24
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40个。5.根据权利要求1所述的金字塔形太阳能光热蒸发器，其特征在于：所述集水微流道在金字塔底部一侧的宽度为0.25
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0.5mm，深度为0.25
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0.5mm，相邻两微流道的间距为1
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3mm。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓大祥，孙玮，马启贤，曾龙，刘永恒，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：