nanorods가 도포된 glassy carbon foam에 대한 태양광 수증기 발생 연구

TiO2 나노 막대로 코팅된 유리질 탄소 폼의 태양 수증기 생성 연구. 태양열 증기 발생기(SSG)는 햇빛을 이용하여 식수를 공급하는 방법 중 하나입니다. 본 연구에서 태양광 수증기 발생기는 기존 단열재와 태양광 흡수재로 성장한 TiO2 나노막대(TNR)를 이용한 탄소발포체(CF)를 이용한 플로팅 구조를 채택하여 제작하였다.

CF는 태양열 흡수율이 높고 열전도율이 낮아 열 확보에 유리하며, CF 표면으로의 원활한 물 전달을 위해 TNR이 도입되었습니다. 이러한 대안 중 하나로 태양열 증기발생기가 주목할 만하다. 탄소발포체와 절연체를 이용한 액체증기발생기는 광흡수율이 높고 전도열 손실이 낮은 장점을 가지고 있으나, 소수성 탄소로 인해 표면으로의 물 전달이 원활하지 않아 증기 발생량이 높지 않다[4- 7].

따라서 이러한 한계를 개선하기 위해 산성용액이 아닌 친수성 물질을 이용한 친수화 방식을 통해 재현성이 뛰어난 태양수증기발생기를 제조하고자 한다. 본 연구에서는 RF 스퍼터링 시스템을 사용하여 산화티타늄 종자박막을 CF 위에 증착한 후 수열합성을 통해 TiO2 나노막대를 성장시켜 태양광 흡수체를 제작했습니다.

열

이처럼 물체에서 방출되는 빛의 스펙트럼은 물체의 온도에 따라 결정됩니다. 스테판-볼츠만 상수는 매우 작은 숫자로, 온도가 낮을 때 방출되는 열의 양이 매우 적습니다.

증발과 끓음

태양광 증기 발생기

TiO 2 의 친수성

표면 에너지와 표면 장력

시료 준비

측정, 분석

그리고 중앙에 직경 3mm의 구멍을 뚫고 실험용 와이퍼(킴텍사이언스 와이퍼, 유한킴벌리)를 삽입하여 태양열 증기발생기에 물을 공급하는 심지로 사용하였다. 반사는 시료를 적분구의 벽면에 부착한 상태에서 빛을 조사하여 난반사되는 빛을 모으는 방식으로 이루어졌습니다. 액체가 고체 표면과 접촉할 때 다음과 같은 계면 에너지가 존재합니다.

표면 에너지가 최소화되면 각 경계면 사이의 장력이 발생하며, 이 장력은 경계면의 면적을 줄이는 방향으로 작용합니다. 접촉각이란 액체가 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이루는 각도를 의미하며, 이 각도가 90o보다 작으면 친수성, 크면 소수성이다. 본 실험에서는 SEO사의 Phoenix 300 장비를 사용하였습니다.

TiO 2 nanorods 의 성장 결과

CF 의 흡수율 및 증발량 측정 결과

TNRs 의 성장 시간에 따른 접촉각 변화

대류 열에너지 손실에 따른 수증기 발생기의 성능

수증기 발생기의 물 흡수량 최적화

본 연구에서는 기존의 대량 수분 분리형 태양열 증기 발생기를 제작하기 위해 탄소 폼, 절연체 및 친수성 직물을 사용했습니다. 태양열 증기발생기의 광흡수체로 사용되는 CF의 원활한 수분흡수를 위해 RF 스퍼터 증착법을 이용하여 TiO2 시드층을 증착하였고, 수열합성법을 이용하여 TNR을 성장시켰다. 제작된 태양열 흡수체는 FE-SEM 및 XRD 측정을 통해 루틸상의 TiO2였습니다.

태양광 흡수체는 탄소를 형성하는 CF와 내부 난반사를 일으키는 다공성 구조로 인해 넓은 파장 범위에서 평균 93%의 높은 흡수율을 나타냅니다. 이는 TNR의 모세관 작용으로 표면 온도가 감소하고 물의 원활한 이동으로 인해 대류 열 손실이 감소하기 때문입니다. 이를 최적화하기 위해 TNR의 성장속도에 대비하여 최대 수분흡수량, 증발속도, 표면온도를 측정하였고, 높은 증발속도를 달성하기 위해서는 수분흡수에 적합한 표면온도가 필요함을 확인하였다.

위의 결과는 TNRs@CF를 이용한 물과 분리된 구조의 SSG가 기존의 소수성 CF를 이용한 SSG에 비해 매우 안정적인 수증기 생성을 나타내며, 생산 공정 또한 단일화되어 음용 문제에 대한 솔루션으로 상용화가 가능함을 보여준다. . 미래의 물 고갈 문제. 이는 Zhu, 한 태양 아래에서 효율적인 태양광 발전을 위한 Tailoring graphene Oxide 기반 에어로겔의 경우인 것으로 생각됩니다. Adv. Tanemura, 금홍석 및 아나타제 구조를 갖는 TiO2 나노막대 성장을 위한 가열-솔-겔 템플릿 공정, 응용 표면 과학.

Bahnemann, Direct synthesis of photocatalytically active rutile TiO2 nanorods partially decorated with anatase nanoparticles, The Journal of Physical Chemistry C. Mallouk, Rapid charge transport in dye-sensitized solar cells made of vertically aligned monocrystalline rutile TiO2 nanowires, Angewandte Chemie International Edition. Hashimoto, Studies of surface wettability conversion on TiO2 single crystal surfaces, The Journal of Physical Chemistry B.