含納米彌散體複合介質熱輻射特性分析

《含納米彌散體複合介質熱輻射特性分析》是依託南京理工大學，由李佳玉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含納米彌散體複合介質熱輻射特性分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李佳玉
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

含納米彌散體複合介質對入射輻射的電磁回響是新能源利用等很多領域中所共有的物理過程。本項目將以此過程為研究對象，研究該類型複合介質與電磁波相互作用的物理機理，分析可能會對含納米彌散體複合介質輻射回響產生影響的相關因素，基於相關理論，建立相應的數學物理模型，模型中考慮到介質的結構特徵、彌散體與基體介質等影響因素；結合複合介質的結構特徵建立其輻射吸收產熱及溫度場模型，計算輻照條件下該類型介質對入射電磁波的輻射吸收產熱量及溫度場分布，通過模擬計算為該類材料的實驗研究提供參考和理論依據；同時本項目擬針對具體情況採用合適的微納米製備技術製備該類型的複合介質，調控彌散體的結構及其在基體介質中的分布狀態,測試複合介質的輻射傳遞特性及其內部輻射吸收產熱分布，並由介質的輻射特性反演其等效光學參數，將理論結果與實驗結論進行比較，分析模型的適用情況。最後結合不同套用背景需求，最佳化設計相應的結構參數。

結題摘要

介質中輻射能量傳遞和轉化過程不僅與介質的材料有關，還與介質的微納米結構有關，當納米彌散顆粒摻入連續性基體介質中，複合介質的輻射回響特性會發生變化，對納米彌散顆粒複合介質選用材料和微納米結構進行合理地最佳化設計，有助於該類型介質在太陽能高效利用、功能塗料和感測器製備等領域的推廣套用。項目首先分析含納米彌散體複合介質輻射回響機理，然後基於相關理論，完成以下研究內容：（1）從有效介質理論的源頭出發，通過有限元模擬複合介質內的電場分布，建立等效光學常數模型，分析了模型的適用性，從而可以考慮摻入納米顆粒形態對等效輻射特性參數的影響規律；（2）建立並驗證了含納米彌散顆粒複合介質輻射吸收產熱模型，系統分析了持續穩定輻照條件下，顆粒形態對顆粒加熱周圍介質能力的影響規律，發現具有明顯的稜角結構的多面體能夠傳遞較多的能量給周圍介質，而該形態納米顆粒的輻射吸收能量大部分被局域在稜角區域；（3）探索了Ag納米顆粒尺寸和分布的調控方案，測試並比較了不同樣品輻射吸收光譜，實驗證明顆粒形貌會影響樣品的吸收光譜，彌散納米顆粒與連續性介質形成複合薄膜的輻射吸收特性增強效應比單純的介質薄膜或彌散顆粒系統明顯。通過共濺射的方式製備了Ag/Al2O3膜層，並與TiO2層複合形成Ag/ Al2O3-TiO2複合膜，對比樣品的吸收光譜與理論模擬結果，分析兩者誤差產生的原因。基於項目成果，結合工程實際情況，系統分析了煤粉爐內顆粒形貌對顆粒系統輻射換熱的影響；考慮含納米彌散顆粒複合介質在太陽能利用和等離子感測領域的套用前景，項目模擬分析了各可調控參數的影響規律，提出了最佳化設計思路，為相應的實驗研究和工程套用提供參考。