产品 求购 供应 文章 问题

0431-81702023
光学工程
基于等离激元增强效应的高效太阳能海水淡化

随着人口不断增长,全球已有超过十亿人存在不同程度的缺水。海水〈包括含盐地下水〉淡化作为一种获取淡水的有效方法,引起广泛关注。然而目前传统的海水淡化装置存在体积庞大、耗能高、碳排放量大、淡化效率低等问题。利用太阳能光蒸馏的海水淡化技术低碳环保,但多年来一直受限于较低的光热转换效率(约30~45%)而无法大规模应用。

日前,南京大学朱嘉教授课题组利用等离激元增强效应实现了高效太阳能海水淡化。该研究成果提前在线发表于4月25日的Nature Photonics [10, 393-398 (2016) ]上,引起了国内外的广泛关注。Science以《新的水纯化系统可帮助世界解渴》为题专文介绍,认为“这一低成本水净化技术有着光明的未来”。《中国科学报》、国家自然科学基金委网站等媒体也随即作了专门报道。

研究人员发现利用纳米颗粒自组装方式实现的三维铝颗粒等离激元黑体材料是实现高效率太阳能海水淡化的绝佳体系,图1给出铝颗粒黑体材料用于等离激元增强太阳能海水淡化的设计示意图。首先,等离激元铝黑体材料具有宽太阳光谱超高光吸收效率(在400-2500nm宽太阳光谱范围平均吸收效率>96%);其次,铝纳米颗粒的局域等离激元光学共振效应使得金属纳米颗粒附近的水局部温度迅速上升, 导致淡水蒸汽产生,而其多孔结构又提供了有效的蒸汽逃离通道。
 

图1 等离激元增强太阳能海水淡化的设计示意图

利用等离激元增强的太阳能海水淡化技术其能量传递效率达到90%,且淡化后盐度降低4个数量级。测量表明淡化后的水质为优于世界卫生组织标准的可饮用水,且性能表现出良好的稳定性和耐用性。这种等离激元黑体薄膜材料的制备是以低成本的金属铝为唯一原材料,采用简单可规模化生产的自组装制备方法(图2)。这将对高效率太阳能海水淡化技术的大规模实用化,及其在海洋、岛屿、沙漠等特殊地区的应用产生重要的意义。
 

图2 三维铝颗粒等离激元黑体自组装工艺示意图:(a)铝箔;(b)多孔氧化铝;(c)铝颗粒自组装于氧化铝模板;(d)、(e)、(f)为(a)、(b)、(c)相应的光学照片


版权信息:长春市金龙光电科技有限责任公司 | 联系电话:0431-81702023 | 网站备案号:吉ICP备07002350号-1 | EMAIL:light_china@126.com