论文总字数：18436字

摘 要

太阳能吸收体是太阳能驱动界面蒸发过程中最关键的组件。Sm_0.5Sr_0.5CoO₃氧化物陶瓷是一种优良的光谱选择性材料，其在太阳光谱内具有较高的吸收率，在热辐射波长范围内具有较低的发射率，具有高的光热转换效率及热稳定性。可通过定向冰模板法来对陶瓷材料的结构进行一定的调控，继而实现其良好的性能，使其在具有良好的蒸发效率的同时，具有较低的热辐射率。所以在本文中将探讨将使用定向冰模板法来制备具有垂直通道的Sm_0.5Sr_0.5CoO₃（SSC5）多孔陶瓷，同时对其光学性能和蒸发性能进行表征，探讨显微结构研对多孔陶瓷系统蒸发性能的影响。通过测试样品的光吸收率、热发射率、蒸发性、润湿性能等数据，表征SSC5多孔陶瓷在界面蒸发系统中的应用效果，得出本实验所探讨的选择性多孔道材料相较于普通全吸收材料的优越性能。

关键词：太阳能海水淡化 冰模板法 界面光蒸汽转化 光谱选择性吸收

Study on Sm_0.5Sr_0.5CoO₃ cellular ceramics prepared by Ice Template Method and its properties

Abstract

Solar absorber is the most important component in the process of solar driven interface evaporation. Sm_0.5Sr_0.5CoO₃ oxide ceramic is a kind of excellent spectral selective material, which has high absorptivity in the solar spectrum, low emissivity in the range of thermal radiation wavelength, high photothermal conversion efficiency and thermal stability. The structure of ceramic materials can be regulated by the directional ice template method, and its good performance can be realized, so that it has good evaporation efficiency and low thermal emissivity at the same time.So,In this paper, we will discuss the preparation of Sm_0.5Sr_0.5CoO₃ (SSC5) porous ceramics with vertical channels by using the directed ice template method. Meanwhile, the optical properties and evaporation properties of Sm_0.5Sr_0.5CoO₃ (SSC5) porous ceramics will be characterized, and the influence of microstructure research on the evaporation properties of porous ceramic systems will be discussed. The application effect of SSC5 porous ceramics in the interface evaporation system was characterized by the data of optical absorption rate, thermal emissivity, evaporation and wettability of the samples, and the superior performance of the selective multi-channel material discussed in this experiment compared with the ordinary full-absorption material was obtained.

Key Words：solar desalination; ice template method; interface solar vapor conversion performance; spectral selective absorption

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2研究背景 2

1.3研究现状 4

1.4光谱选择性吸收材料 5

1.5定向冰模板法 7

第二章 实验部分 10

2.1实验目的 10

2.2实验原料 10

2.3实验仪器 11

2.4实验方法 11

2.4.1 采用固相法制备Sm_0.5Sr_0.5CoO₃预烧粉体 11

2.4.2具有垂直孔道的Sm_0.5Sr_0.5CoO₃多孔陶瓷片层的制备 12

2.5样品表征与性能测试 13

2.5.1 显微结构表征 13

2.5.2 具有垂直孔道陶瓷片层的光学性能表征 14

2.5.3 具有垂直孔道陶瓷片层的蒸发性能表征 14

第三章 结果预测与讨论 15

3.1 样品宏观形貌 15

3.2 润湿性能 15

3.3 扫描电子显微镜图像 16

3.4漫反射光谱图 16

3.5 蒸发效率 17

第四章 结果预测总结与展望 19

4.结论 19

参考文献 20

致 谢 23

第一章 绪论

1.1引言

随着全球经济的迅猛发展，对水资源的渴求程度也日益凸显，我国的用水量也是逐年攀升，同时所伴随的水危机也尤为突出，包括：水资源较少且时空分布不均匀，东涝西旱，南涝北旱；用水的高成本性以及对环境极易造成不可逆的伤害；水质污染和水环境遭到破坏。在这之中，又尤其以淡水的需求量迅猛增加和淡水的产生量不足的矛盾尤为凸显，所以，解决淡水的来源和供给问题迫在眉睫，同时也必须要做到水资源的可持续发展。虽然地球上地表含水量高达71%，水的存储量极为丰富，称之为蓝色星球，但是淡水却只占到0.9%淡水中，可供人类比较容易利用的却更少了，只占0.3%不到，所以，不难想到，我们可以利用海水来填补水资源空缺的问题，但是，由于海水极高的含盐量，是不可以直接使用的，所以，可以借助相关海水淡化设备来进行处理，海水淡化即指将海水中的盐分脱除，直接生产出淡水的一项技术，进而使海水中的含盐量达到很大程度的降低，以此达到国家所规定的直接饮用的标准，这一技术的实现将对沿海地区以及船舶用水将产生不可估量的作用，尤其是在开源增量上，而且此法受时间、空间以及气温的影响较小，所生产出来的水质好，售价也相对合理。所以，利用海水淡化来填补淡水资源的短缺必将成为一种趋势与全球所关注的焦点。但是目前我们所用的利用太阳能所进行的海水淡化系统效率很低，究其原因是因为光热转换与蒸汽产生两个过程是分开进行的，这就直接导致了系统热量损失大、蒸发效率低。而近年提出来的界面光蒸汽转化机制，提出了将这两个过程集中在界面上进行，这样就可以极大的提高转换效率。其中起到决定性作用的部分是太阳能吸收体。所以，为了获得性能优良的吸收体，我们选择了钙钛矿Sm_0.5Sr_0.5CoO₃氧化物陶瓷，并利用定向冰模板法来对它的结构进行调控，并制得最终的多孔材料，来达到实验所预期的高吸收率、低辐射率和较高的蒸汽转化效率。本课题将配置不同固含量的SCC5预烧粉体浆料，在不同冷冻条件下制备多孔陶瓷，获得具有不同孔道结构的样品。通过测试样品的光吸收率、热发射率、蒸发性能等数据，表征SSC5多孔陶瓷在界面蒸发系统中的应用效果。

1.2研究背景

目前淡化海水的主流技术以热法和膜法为主，它们二者都是很成熟的且都是可以大规模进行的、能够进行集中式的供水的方案。然而，两个方案大多数都是由一整套流程所构成，不仅设备的体积比较庞大、净化的工艺繁杂、占地面积也非常的广阔，而且都需要消耗化石能源，运转时消耗的能源驱动力极大，这也是这两种方法最大的缺点之一，所以最终所导致的结果就是：会不可避免地使温室效应加重和破坏生态环境的平衡。

本课题所讨论的利用太阳能进行的淡化海水是属于热法中的一种。然而，一方面，由于传统的太阳能蒸馏器的光热转化以及利用效率并不是很可观，一般在35%左右，再加上，利用太阳能来驱动海水淡化系统的光热转换与产生蒸汽两个过程是分开的，这就导致系统的热量损失大，蒸发效率低下。另一个方面，目前所使用的光热转换材料主要是黑材料，所利用的正是其全吸收的特性，但也正是因过分关注其全吸收的特性，而忽略了材料本身的热辐射损耗对系统蒸发效率的影响，导致效率低下。再加上传统的淡化海水蒸馏器的原理是：利用光照使海水整体温度升高进而蒸发。但事实上，我们所需要的仅仅是蒸汽，所以，在传统的升温过程中会造成大部分的光热能量损失，对于这一问题，就想到利用界面光热转化机制来解决。但是，对于大部分的研究，往往很容易忽视在海水蒸发过程中，因饱和溶液的形成所析出的盐对吸收体的影响，这就会导致在着提高效率的同时却忽视了稳定性。由于在太阳能淡化富盐水的过程中，随着海水渐渐的蒸发，海水中的盐会结晶继而析出，然后堆积在光吸收体的表面上。结果就是，随着盐分的堆积，蒸汽通道就会被慢慢堵塞，这样就会造成蒸发速率的衰减，严重的时候，还会对吸收体的结构形成破坏，进而造成其太阳能海水淡化性能的急速衰减。

请支付后下载全文，论文总字数：18436字