Thermal Evaporation around Optically-Excited Functionalized Nanoparticles

光激发功能化纳米颗粒周围的热蒸发

基本信息

  • 批准号:
    1706039
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2021-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Optical absorber-assisted thermal evaporation can enable a variety of innovative renewable energy applications, ranging from water purification to chemical fractionation. Many of these applications can catalyze new industries and hence drive global economic growth. For example, the ability to use solar energy for fresh water production will tackle many challenges in the water-energy nexus. The present project is motivated by a recently observed liquid evaporation using highly localized heating effect from functionalized light absorbing nanoparticles. In such a demonstration, water vapor was generated while the bulk temperature remained at about 30 degrees C. The underlying physics is not yet understood, and the mechanism is related to the convoluted multi-phase (liquid-vapor-solid) thermal and mass transport, which needs this multi-disciplinary study to unlock. The fundamental thermal transport science to be gained from this project is expected to guide the development of new technologies to utilize solar energy, resulting in significant broader impacts on applications. This project will enable the education and training of graduate students and undergraduate students from under-represented groups in the universities.This project is driven by the hypothesis that enhanced interfacial thermal transport and the self-assembled monolayer defect-assisted nucleation combine to enhance bubble generation and improve the overall evaporation effect. To test this hypothesis, the objectives of this proposal are to (1) understand the fundamental relationship between the surface functionalization, thermal transport and the subsequently mass transport in bubble dynamics through a combination of molecular simulations and mesoscale hydrodynamics modeling; and (2) validate such a relationship through experiments on vapor generation around photo-excited functionalized nanoparticles. This project will employ a combination of molecular simulation, mesoscale modeling and experimental validation to achieve a multi-scale understanding of this fundamental problem with unprecedented resolution.
光吸收器辅助热蒸发可以实现从水净化到化学分馏等各种创新的可再生能源应用。其中许多应用可以催生新产业,从而推动全球经济增长。例如,利用太阳能生产淡水的能力将解决水与能源关系中的许多挑战。本项目的动机是最近观察到的液体蒸发,利用功能化光吸收纳米颗粒的高度局部加热效应。在这样的演示中,在整体温度保持在约 30 摄氏度的情况下产生了水蒸气。其基本物理原理尚不清楚,其机制与复杂的多相(液-汽-固)热和质量传递有关,这需要多学科研究来解锁。从该项目中获得的基础热传输科学预计将指导利用太阳能的新技术的开发,从而对应用产生更广泛的影响。该项目将为大学中代表性不足的群体的研究生和本科生提供教育和培训。该项目的驱动因素是增强界面热传输和自组装单层缺陷辅助成核相结合以增强气泡生成并提高整体蒸发效果。为了检验这一假设,本提案的目标是(1)通过分子模拟和介观流体动力学建模相结合,了解气泡动力学中表面功能化、热传输和随后的质量传输之间的基本关系; (2)通过光激发功能化纳米颗粒周围蒸气生成的实验验证这种关系。该项目将结合分子模拟、介观建模和实验验证,以前所未有的分辨率实现对这一基本问题的多尺度理解。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Controlling the Rotational Barrier of Single Porphyrin Rotors on Surfaces
控制单卟啉转子表面的旋转势垒
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcb.9b09986
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhang, Qiushi;Pang, Rui;Luo, Tengfei;Van Hove, Michel A.
  • 通讯作者:
    Van Hove, Michel A.
Optically Driven Gold Nanoparticles Seed Surface Bubble Nucleation in Plasmonic Suspension
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Zhang, Qiushi;Li, Ruiyang;Lee, Eungkyu;Luo, Tengfei
  • 通讯作者:
    Luo, Tengfei
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  • DOI:
    10.1103/physreve.97.033106
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Schiffbauer, Jarrod;Luo, Tengfei
  • 通讯作者:
    Luo, Tengfei
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-08-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Eungkyu Lee;Dezhao Huang;T. Luo
  • 通讯作者:
    T. Luo
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Zhang, Qiushi;Neal, Robert Douglas;Huang, Dezhao;Neretina, Svetlana;Lee, Eungkyu;Luo, Tengfei
  • 通讯作者:
    Luo, Tengfei
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知道了