基于类富勒烯碳的纳米复合光热转换涂层的制备及热稳定性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51562020
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    41.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0203.碳素材料与超硬材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Photo-thermal conversion coating is one of the key technologies in solar energy thermal utilization, it has an important guiding significance for designing the high efficiency solar collector. Metal-dielectric composite (cerment) coating is the most commonly used type of photo-thermal conversion coating, but it also has the disadvantage of poor high-temperature resistance and corrosion resistance due to its chemical activity and metal nanoparticles diffusion in it. Therefore, to solve this issue, the project is aimed at studying and employing the fullerene-like structured carbon materials with outstanding physical and chemical properties into the application of solar photo-thermal field. According to the design principle of solar-thermal conversion coating and considering the advantages such as high-melting, high hardness and chemical stability of metal carbide, we choose Ⅳ-Ⅶ family of transition metal (Ti, Cr, W, Zr, etc) as the doping elements and the fullerene-like carbon as amorphous matrix in developing a new photo-thermal conversion coating-nanocrystalline metal carbide/fullerene-like carbon composite photo-thermal conversion coating, which possesses high stability, long-life and outstanding weather resistance is also implemented to drastically improve the high-temperature resistance and corrosion resistance and to meet the demand of practical application. Studying how the inner micro-structure effect optical absorption properties, corrosion resistance and high-temperature resistance of the coating, which has significant meaning both industrially and theoretically for the fullerene-like carbon film adhibition in solar photo-thermal field. Establishing the relationship mode of fabricating technology-structure-performance of fullerene-like carbon based photo-thermal conversion coating. This project will provide more practical and theoretical basis to the fullerene-like carbon films expand adhibition in solar thermal applicition.
光热转换涂层是太阳能光热利用的核心关键之一,对于主动设计高效太阳能集热器具有重要的指导意义。金属—介质复合型涂层是最常用的一类光热转换涂层,但掺杂金属纳米颗粒的高温扩散性和化学活性导致该类涂层的耐高温和抗环境腐蚀能力较差。本课题拟将具有优异物理和化学性能的类富勒烯碳应用于光热转换涂层,从光热转换涂层的设计原理出发,选择能与碳形成稳定碳化物的Ⅳ-Ⅶ族过渡金属(Ti、C、W、Zr等)作掺杂元素,以类富勒烯碳为非晶基质,通过纳米复合,设计、制备一种基于类富勒烯碳的新型光热转换涂层-纳米晶金属碳化物/类富勒烯碳复合光热转换涂层,克服传统金属掺杂所带来的缺点,显著提高涂层的耐高温和抗腐蚀性能,满足实际应用需求。从宏观到微观角度认知涂层内在结构对其光吸收、耐高温和抗腐蚀性能的影响,建立类富勒烯碳基光热转换涂层的制备工艺-结构-性能的关系模型,为拓展其在太阳能光热领域的应用提供理论依据和实践经验。

结项摘要

作为在户外使用的太阳能集热器的吸热表面,光热转换涂层必须具备优异的抗环境腐蚀能力。基于此,我们研究了非晶碳纳米结构的低温转变机制,为低温度下实现碳同素异形体之间的相变提供了一个很有前景的方法;成功制备出具有丰富色彩的Al–AlN光热转换涂层,很好的满足了太阳能集热器与建筑一体化的发展需求,具有重要的应用前景;设计制备了一种可用于光热转换涂层的新型AlN减反射层,为新型减反射层的设计提供了新思路;首次将自掺杂概念引入到光热转换涂层的制备,发展了一种有限反应溅射技术,简化了光热转换涂层的制备工艺,降低了涂层的制备成本,非常适合大规模和低成本的工业化生产;成功制备了超强抗腐蚀性能的Al–AlNxOy 金属陶瓷光热转换涂层,经过2000 h 中性盐雾试验后,涂层仍具有高的吸收率(0.924)和低的发射率(0.116),涂层的耐腐蚀性明显优于已报道的所有该类商业和实验室涂层;设计制备了一种超薄、柔性WOx基光热转换涂层,涂层厚度只有100 nm左右,远低于同类涂层的厚度(通常为150~500nm),非常适合用于柔性和可穿戴的太阳能光热吸收涂层;制备了一种结构性能更加稳定,环境适应性更好的自掺杂Mo-MoOx多层渐变光热转换涂层;在柔性PET和PI薄膜以及棉布和涤纶织物上制备了Me-MeOx基光热转换涂层,在户外阴天的自然光照射下,织物涂层的表面稳态温度可以达到10~11 ºC,与空白织物相比较,其温度差接近6 ºC,可以有效的温暖人的身体;参与完成了国内首条宽幅金属带材“空到空”连续真空镀光热转换涂层成套装备的研发工作,实现了金属带材制备高性能太阳选择性吸收膜的完整工艺流程;在自行设计的超长金属管真空镀膜设备上实现了在4米长不锈钢管上镀制耐高温光热涂层,涂层颜色均匀、致密,附着力良好,已先后应用于甘肃、西藏、新疆、青海等地的多个光热发电项目。已完成项目的研究内容,项目执行期间在Nano Energy, Small,J. Mater. Chem. A,Solar RRL,Sol. Energy Mater. Sol. Cells等知名期刊发表学术论文18篇,其中SCI论文17篇(影响因子10以上的6篇,封面论文2篇,邀请综述1篇,高倍引论文1篇),中文核心论文1篇,申请国家发明专利9件。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
An Ultrathin, Nanogradient, and Substrate-Independent WOx-Based Film as a High Performance Flexible Solar Absorber
超薄、纳米梯度且与基材无关的 WOx 基薄膜作为高性能柔性太阳能吸收器
  • DOI:
    10.1002/solr.201900180
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    SOLAR RRL
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Wang Wei;Wen Huaixing;Shi Jing;Su Jinbu;Li Zhengtong;Wang Chengbing;Yan Xingbin
  • 通讯作者:
    Yan Xingbin
Engineering controllable water transport of biosafety cuttlefish juice solar absorber toward remarkably enhanced solar-driven gas-liquid interfacial evaporation
生物安全墨鱼汁太阳能吸收器的工程可控水传输,以显着增强太阳能驱动的气液界面蒸发
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2020.104834
  • 发表时间:
    2020-07-01
  • 期刊:
    NANO ENERGY
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Li, Zhengtong;Zhang, Jing;Zhou, Yingtang
  • 通讯作者:
    Zhou, Yingtang
Novel advances in metal-based solar absorber for photothermal vapor generation
用于光热蒸汽产生的金属基太阳能吸收器的新进展
  • DOI:
    10.1016/j.cclet.2019.09.030
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    CHINESE CHEMICAL LETTERS
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Li, Zhengtong;Wang, Chengbing
  • 通讯作者:
    Wang, Chengbing
One-Step Reactive Sputtering of Novel MoOx Nanogradient Absorber for Flexible and Wearable Personal Passive Heating
用于柔性可穿戴个人被动加热的新型 MoOx 纳米梯度吸收器的一步反应溅射
  • DOI:
    10.1002/solr.202000055
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Solar RRL
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Wei Wang;Huaixing Wen;Xi Huan;Jinbu Su;Weike Wang;Jing Shi;Chengbing Wang
  • 通讯作者:
    Chengbing Wang
Self-Organization of Amorphous Carbon Nanocapsules into Diamond Nanocrystals Driven by Self-Nanoscopic Excessive Pressure under Moderate Electron Irradiation without External Heating
中等电子辐照下无外部加热的自纳米超压驱动非晶碳纳米胶囊自组织成金刚石纳米晶
  • DOI:
    10.1002/smll.201702072
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Wang Chengbing;Ling San;Yang Jin;Rao Dewei;Guo Zhiguang
  • 通讯作者:
    Guo Zhiguang

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其他文献

数据与模型联合驱动的陶瓷材料晶粒分割
  • DOI:
    10.16383/j.aas.c200277
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷涛;李云彤;周文政;袁启斌;王成兵;张小红
  • 通讯作者:
    张小红
相对湿度对类金刚石薄膜摩擦磨损
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    摩擦学学报. 2005,5:426-429.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王成兵;李红轩;徐洮.
  • 通讯作者:
    徐洮.
载荷对类富勒烯基氢化非晶碳薄膜摩擦磨损性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国科技论文
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王成兵;王舟;张俊彦
  • 通讯作者:
    张俊彦
隐私保护下Shapley值算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    数学的实践与认识
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    路应金;王成兵;贾慧芳
  • 通讯作者:
    贾慧芳
含氮类金刚石薄膜的力学和摩擦学性能的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    摩擦学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王成兵;王舟;张俊彦
  • 通讯作者:
    张俊彦

其他文献

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王成兵的其他基金

超润滑碳基薄膜摩擦界面处剪切、重杂化及吸附钝化机制研究
  • 批准号:
    51575253
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    63.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
纳米晶MeC(MeC=TiC, CrC, WC)-非晶碳(a-C:H)复合光谱选择性吸收涂层的制备及性能研究
  • 批准号:
    51261014
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    52.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
环境自适应类富勒烯基碳涂层的设计及摩擦学性能研究
  • 批准号:
    51005110
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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