[发明专利]一种基于等离激元效应的太阳能蒸发器

说明书

本发明提供的是一种基于等离激元效应的太阳能蒸发器。其特征是：它由氟塑料薄膜、二氧化硅气凝胶、吸收基底层、含多角星的吸收层、圆拱形蒸发池、水凝管、蓄水罐、进水槽与出水槽组成。太阳光照射至透明圆拱形蒸发池，光谱能量充分被含多角星的吸热层吸收并产生热量，蒸发池内的水受到局域加热后温度迅速上升，达到沸点后成水蒸气状态，并由冷凝管转换成液态水，最后由蓄水罐进行收集。本发明具备易携带、制作简易、成本低、蒸发效率高等特点，是海岛生存中海水淡化的优选方案。

技术领域

本发明涉及的是一种基于等离激元效应的太阳能蒸发器，可用于海水淡化等多个领域，能够快速制备适合饮用的淡水，属于光热转化技术领域。

背景技术

金属和半导体材料之间具有一定的载流子浓度，这些载流子之间又会相互作用，从而一方面使空间某一处的载流子浓度升高或降低，另一方面也会使其它空间的载流子浓度发生振荡。如果金属表面的自由电子振荡频率与入射光产生的电磁波频率相同，会使金属表面的自由电子发生集体振荡，在金属表面具有很强的局域场增强效应，基于表面等离激元增强效应的超材料吸收器，在满足超薄厚度的条件下有更高的吸收效率以及更宽的工作频段，能够极大提高对光的吸收效率，从而提升光热之间的转换。

由于地球存储的淡水资源有限以及世界人口的急剧增加，人们将更多的目光投入到海水的淡化方向，近些年来对太阳能的利用技术也愈发成熟，一系列的太阳能吸收器也接踵出现，但部分吸收结构复杂，制备工艺难，以及吸收效率低这些不足都使得光热转换成为难点，如何设计一款便捷、快速的海水蒸发系统成为最为关键的问题之一。

为解决上述问题，申请人于2021年公开的一种太阳能海水淡化装置(中国专利：202110084222.6)提出球面膜的设计，利用阳光辐射进行水加热，光热之间的转换效率低且温度较难达到液态水蒸发条件；申请人于2020年公开的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置及其制造、应用(中国专利： 02011603295.3)提出了利用涂塑金属丝网和与其贴合的一块双面异效织物方案，这种方案存在光热效率低以及无法用于海面等复杂水域；申请人于2019年公开的一种集热器蒸发端以及太阳能集热器(中国专利：202011240529.2)提出了完备的蒸发装置，但结构复杂，不利于携带以及集热器的光热转换效率低。

本发明公开了一种基于等离激元效应的太阳能蒸发器。可用于海水蒸发等领域。该系统多角星结构的设计利用等离激元效应，极大地增强了光吸收能力，提高了蒸发效率；圆拱形的设计使液态水局域在一定范围内被加热层局域型加热，防止了浪打等外在条件的对蒸发性能的消极影响，更汇聚了太阳光，进一步提高光热转换效率。与此同时，该结构制备工艺简单，便捷性好且可循环使用，相对于其他蒸发装置，该装置完全无污染，无功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于海水淡化等领域，能够快速制备适合饮用淡水的基于等离激元效应的太阳能蒸发器。

本发明的目的是这样实现的：

该系统由氟塑料薄膜1、二氧化硅气凝胶2、吸收基底层3、蓄水管4，含多角星的吸收层5、进水槽与出水槽6，水凝管7，圆拱形蒸发8组成。所述系统中外部水以人工注入等方式从进水槽6流入圆拱形蒸发池后，太阳光照射至透明圆拱形蒸发池8，光谱能量充分被含多角星的吸收层5吸收并产生热量，进而蒸发池内的液体水吸热达到沸点成水蒸气状态后由冷凝管7转换成液态水，最后由蓄水罐4进行收集。收集完成之后，打开出水槽6流出蒸发池剩余液体后，对装置进行回收。

所述的吸热结构主要由多角星，如五角星阵列分布于吸收层内部，主要组成材料由高熔点金属，如钨组成，多角形尖端产生的等离激元效应LSPR加上纳米阵列在活性层之间产生的F-P效应极大地增强了光吸收能力，两种效应吸收的热量对局域的液态水进行加热，从而使液态水的温差变化很大，进而提升了蒸发效率。