研究
太阳能海水淡化是缓解世界淡水资源压力的有效方法之一,在传统太阳能海水淡化系统中,蒸馏效率低是限制其发展的主要因素。纳米材料具有独特的光学、热力学特性,能够吸收太阳辐射并将其转化为热能,被广泛用于太阳能蒸馏系统来增强光-热-汽转换率。近年来,受益于纳米流体及界面光热技术,太阳能蒸馏技术发展迅速。固态纳米颗粒的导热系数远大于液态基质,故以纳米流体代替传统流体作为传热工质用于太阳能蒸馏系统。近年的研究中,纳米流体用于被动、主动式蒸馏系统中均显示出较强的吸光集热性能,蒸馏产水量提高25%以上,最大提高约130%;纳米流体具有独立产蒸汽能力,在太阳光模拟器下,流体迅速升温并产生蒸汽,热利用效率高达73%,产水率相比纯水增加近50%。界面光热技术是指在界面材料作用下,纳米吸收体吸收太阳光作用于水与空气界面的薄层水分子,而不是整个待蒸发水体。可用来作为界面光热材料的主要有等离激元材料、独立纳米凝胶材料、金属或金属氧化物涂层的复合材料、碳基复合材料、聚离子液体衍生膜及部分可降解有机材料。在界面光热蒸馏系统中,因材料强吸光特性及多孔特性,显著提高界面热利用效率及蒸馏产水速率。其中碳基材料因制备成本低、容易改性、无毒等优势应用最为广泛,开发环保型支撑结构是美丽家园建设下界面蒸馏技术发展的重要研究课题。本文综述了近年纳米材料在太阳能蒸馏中的应用研究进展,分别归纳了纳米流体技术及界面光热技术用于太阳能蒸馏系统的主要研究成果,简要介绍了各种材料的工作原理及优劣势,并展望了其发展前景。...
碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)具有优异的导电性能、导热性能和高的热稳定性。将具有独特催化性能、导电导热性能的金属纳米粒子(metal nanoparticles, M-NPs)负载至CNTs表面形成复合材料,可以广泛应用于催化和热管理领域。综述了国内外制备负载M-NPs的CNTs的研究现状,包括共价和非共价两种方式功能化CNTs再负载M-NPs和直接通过化学气相、物理和电化学沉积等方法将M-NPs负载至CNTs上。共价功能化的CNTs表面虽然可以将其他物质分子永久稳定地连接,但是sp2到sp3的杂化过程导致电子结构重组,改变了CNTs原有的电子离域,破坏了CNTs的热学、光学等本征特性,因此使用非共价改性的方法,不仅可以保持CNTs原有的结构和性能,而且不会破坏π共轭体系。M-NPs直接负载至CNTs表面的方法中绿色简便,可大规模推广制备的是混合加热法,不需要添加其他溶剂,也不需要任何精密仪器,就可以使金纳米粒子均匀密集高效地负载至CNTs表面生成复合材料。由此可见,更加绿色高效的M-NPs修饰的CNTs复合材料制备方法在能源、环境和热管理领域的应用前景越来越光明。...
研究
从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度总结了PVD纳米涂层的强化机制和涂层设计准则,提出了现有的涂层强化机制及涂层设计准则主要存在涂层强化机制适用性不足和理论性问题缺乏实验手段论证两个问题,并合理分析了问题存在的原因。从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度,综述了PVD纳米涂层致硬机理的国内外研究现状。研究现状表明,涂层强化机制和一些涂层表征实验在涂层致硬机理研究中扮演着重要的角色,研究者们根据涂层强化机制和必要的实验手段对涂层的致硬机理进行了分析。但是涂层强化机制并非涂层致硬机理研究中必不可少的工具,既存在用一种或多种涂层强化机制解释涂层致硬机理的情况,又存在未使用涂层强化机制去解释涂层致硬机理的情况。针对这种现象,分析了其存在的内因和外因。外因为涂层材料组合方式和实验研究变量不同;内因为涂层强化机制及设计准则不完善。最后结合PVD纳米涂层致硬机理研究现状存在的问题,本着完善涂层强化机制和设计准则的目的,对未来研究方向进行了展望。...
介绍了国内外纳米银粒子及纳米多孔银的研究进展和应用现状,针对纳米银粒子和纳米多孔银在制备方法、微观结构、应用前景等方面进行了分析。纳米银粒子的粒径从几纳米至几百纳米,制备方法较多,已获得工业应用,如芯片产业链中的以纳米银填充的导电银浆、生物医药中的杀菌剂、化工生产中的催化剂等;纳米多孔银则是近年来发展起来的新材料,其独特的双连续结构和纳米量级的尺寸范围有利于开发新的应用。通过溶解合金中相对活泼元素而使银元素重组的去合金化法是制备纳米多孔银的有效方法之一,所需的前驱体包括晶态合金(Ag-Al,Ag-Zn,Ag-Mg合金等)和非晶态合金(AgCuSi,(Cu50Zr50)100-xAgx,AgMgCa等),我国在前驱体制备和腐蚀工艺方面具有丰富的知识和技术储备。...
研究
随着纳米科学与技术的进步,诸多纳米材料如纳米纤维素、碳纳米管、石墨烯纳米片和金属纳米线等逐渐进入人们的视野。基于特殊的纳米效应,纳米材料表现出常规宏观材料所不具有的物理或化学特性,在各个科学领域得到了飞速的发展。其中,以高性能纳米构筑基元如芳纶纳米纤维为主体的纳米材料是当下研究的热点之一。然而,芳纶纤维本身具有的高强高模、耐高温、高结晶度和耐腐蚀等特性为实现其纳米化制备带来了很大的困难。因此,寻找一种简易、快捷、有效的芳纶纳米纤维制备技术对实现芳纶纳米纤维功能化、高性能化及各科学领域交叉的多元化利用非常关键。目前,可用于制备芳纶纳米纤维的技术较少。根据不同的路径,分为自上而下和自下而上两种策略。其中,自上而下策略主要包括静电纺丝、旋转喷射纺丝、碱协同机械磨解和碱溶法四种;自下而上策略主要是指聚合分散法。其中,碱溶法不仅实现了芳纶纤维高效可控的纳米化制备,还较为完整地保留了芳纶纤维在结构与性能方面的优异性,成为当下应用最为广泛的芳纶纳米纤维制备技术。芳纶纳米纤维具备芳纶纤维优异的本体性能和高性能聚合物纳米纤维纳米效应的双重优势,成为一种新颖的纳米构筑基元,可有效解决芳纶纤维化学惰性高、反应活性低和界面复合效果不理想的难题,在复合增强、电池隔膜、吸附过滤、电气绝缘、柔性电极等领域具有广泛的应用前景。然而,芳纶纳米纤维的制备与应用也存在一定的问题:首先制备技术存在制备周期长、能耗高、纤维粗大和成膜强度低等问题;芳纶纳米纤维的应用研究依然处于实验室研究阶段,要实现真正的规模化、功能化与高性能化利用还有很长的路要走。本文重点阐述了芳纶纳米纤维的研究进展,分别对现阶段芳纶纳米纤维的�...
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