石墨烯的制备及其在光驱动产蒸汽中的应用研究

摘要

能源危机是目前人类无法回避且关系到人类命运的世界性问题，化石能源终将耗尽枯竭，寻找、开发、利用新的可再生能源是各国研究学者共同努力的目标。太阳能作为一种新型的可再生能源，具有很多个突出的优点，如果太阳能的研究得到突破，很可能在未来成为能源主要的供给方式，实现人类社会的可持续发展。
　　目前太阳能主要的利用方式有太阳能光电转换和太阳能光热转换两种。在光热转换中工质的吸收能力直接决定了太阳能的转换效率。一种高吸收率的工质对于提高直接式太阳能集热器的效率来说至关重要。石墨烯作为一种新型二维纳米材料具有优异的光学、热学、力学、电学等特性，其在太阳能光热转换、光驱动蒸发、光催化等领域具有广阔的应用前景。
　　本课题在国内外有关石墨烯的制备、光热转换特性及太阳能光驱动蒸发的基础上，以石墨烯纳米流体和石墨烯复合膜为主要研究对象，采用实验研究的方法在直接吸收式太阳能集热器上进行光热蒸发实验，得到光热蒸发特性及变化规律。
　　采用抗坏血酸还原氧化石墨烯的方法制备石墨烯，并进行相关表征，根据表征结果优化石墨烯制备方法，获得可用于光热产蒸汽实验的高质量石墨烯纳米颗粒。利用制备的石墨烯纳米颗粒配制出不同质量浓度的石墨烯纳米流体，并通过紫外-可见分光光度计监测纳米流体质量浓度随时间的变化，表征其稳定性。结果表明，采用抗坏血酸还原氧化石墨烯的方法可制备稳定性良好的石墨烯纳米颗粒。
　　搭建光热蒸发实验台进行光热蒸发实验，建立相应的计算模型，利用实验测量温度和质量变化等参数得到石墨烯纳米流体的温升规律和蒸发规律，计算出光热蒸发效率。改变实验条件，研究不同浓度的石墨烯纳米流体的光热蒸发规律和不同光强对石墨烯纳米流体光热蒸发的影响。结果表明，纳米流体的浓度较低时其集热效率高于蒸发效率，当纳米流体浓度增大时，其蒸发、产蒸汽效率较高。
　　采用抽滤的方法制备石墨烯复合膜，将石墨烯复合膜在光热蒸发实验台上进行光热蒸发实验，得到石墨烯复合膜的温升规律和蒸发规律，并计算出光热蒸发效率；研究不同石墨烯用量和不同光强对石墨烯复合膜的光热蒸发的影响。同时与石墨烯纳米流体的光热蒸发实验进行对比，分析两者之间的差异。结果表明，复合膜在石墨烯含量较低时就有不错的吸收能力，其集热效率高于蒸发效率，当石墨烯含量增大时，其蒸发、产蒸汽效率均较高。相对于石墨烯纳米流体，在直接吸收太阳能产蒸汽过程中，石墨烯复合膜产蒸汽性能更优。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 主要研究内容

第2章 石墨烯的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验方法及流程

2.3 石墨烯的表征

2.4 本章小结

第3章 石墨烯纳米流体光热转换特性实验研究

3.1 引言

3.2 石墨烯纳米流体的制备

3.3 石墨烯纳米流体的稳定性

3.4 实验装置设计

3.5 计算模型的建立

3.6 石墨烯纳米流体光热产蒸汽实验结果和讨论

3.7本章小结

第4章 石墨烯-滤纸复合膜光热转换特性实验研究

4.1 引言

4.2 石墨烯-滤纸复合膜的制备

4.3 石墨烯-滤纸复合膜的表征

4.4 石墨烯-滤纸复合膜的光热产蒸汽实验结果和讨论

4.5 石墨烯-滤纸复合膜与石墨烯纳米流体集热特性对比

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

声明

致谢