太陽能作為清潔能源的一種具有巨大的實際應用價值,而如何實現(xiàn)對太陽光的全吸收是長期以來太陽能利用的研究重點。近期,納米流體吸收太陽能產(chǎn)生清潔蒸汽的實驗研究將太陽能與納米流體結(jié)合在一起,并相互拓展了兩者各自的研究范圍。盡管納米顆粒以及其他納米結(jié)構(gòu)光吸收特性已經(jīng)有相對充分的研究,但是,納米顆粒以及納米結(jié)構(gòu)的太陽光能量吸收、光熱轉(zhuǎn)化、納米顆粒與周圍介質(zhì)之間的熱量傳遞以及納米結(jié)構(gòu)表面沸騰相變等這一新研究領域的諸多關鍵過程的機理還缺乏基礎理論研究。本文將主要集中在太陽光能量吸收、強化以及光熱轉(zhuǎn)化等過程,圍繞納米結(jié)構(gòu)光吸收效率強化及影響太陽光光能吸收效率提高的因素分析展開。理論分析方面采用了包括Mie理論,有效介質(zhì)理論以及有限時域差分（FDTD）,嚴格波函數(shù)耦合（RCWA）和有限元（FEM）等多種理論與數(shù)值計算方法,詳細研究納米顆粒、光學超材料的吸收強化以及影響太陽光吸收效率的因素。實驗方面基于單色光源以及積分球測量吸收體吸收率驗證了數(shù)值分析結(jié)果及相關理論。具體的研究內(nèi)容及相關結(jié)果包括:1.各向異性光學材料納米顆粒光吸收特性的理論研究。采用Mie理論研究了旋轉(zhuǎn)對稱各向異性材料-石墨烯,以及單軸各向異性...

【文章頁數(shù)】：168 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1自然界中常見的太陽能利用方式

而驅(qū)動蒸汽機帶動水泵運轉(zhuǎn)。二戰(zhàn)之后，太陽能熱水器被研究并在日常生活中得廣泛應用，為了提高吸收性而對光譜選擇性吸收涂層的研制以及基于太空領域能供給應用前提的硅電池的研究等，都使得太陽能逐漸在人類能源利用中占有一席地。1973年石油危機之后，太陽能利用開始被國家層面重視，例如美國制定....

圖1-2納米顆粒獨特的光響應現(xiàn)象Fig.1-2Theuniqueopticalpropertiesofnanoparticles

光與物質(zhì)的相互作用理論先于太陽光利用而被研究并進一步完善。自1865年Maxwell提出描述電磁場的方程組以來[2]，有關光與物質(zhì)的相互作用理論被不斷改進，并被奧利弗·赫維賽德和約西亞·吉布斯于1884年以矢量形式表達(圖1-2(a))[3]。至此，光與物質(zhì)的相互作用在實驗測量手....

圖1-3納米顆粒獨特的光響應現(xiàn)象

有的研究結(jié)果表明，納米顆粒以及納米結(jié)構(gòu)作為連接大塊物質(zhì)以及分子、原子的重要橋梁，具有完全不同于塊狀物質(zhì)的物理屬性[14]。例如，多數(shù)貴金屬納米顆粒具有局域表面等離子體共振效應(圖1-3(a))[15]，該效應使得納米顆粒對等離子體共振波長的光吸收效率遠大于其幾何截面，甚至吸收效率....

圖1-4光與納米顆粒的相互作用示意圖

1.2.1納米顆粒光吸收特性當光照射到納米顆粒上時，一部分光能被納米顆粒散射到周圍介質(zhì)中，一部分光能被納米顆粒吸收最終轉(zhuǎn)化為熱能(圖1-4)[9,35]。Mie理論自1908年被提出之后，納米顆粒，尤其是球形納米顆粒的光學特性被廣泛研究并在實際應用過程中取得重大進展。1962....

本文編號：4013288