仿生微纳结构生物质炭/掺杂氧化锡光热转换材料的构筑及其强化水蒸发机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872151
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As fossil energy crisis, fresh water scarcity and water pollution being more and more serious, it emerges as a research hotspot to apply solar evaporating materials in the desalination of seawater and the treatment of polluted water. This project starts from three key points including the solar-thermal conversion, localized heating and water transport in solar evaporating process. In this project, we aim to construct biomass-carbon/tin oxide solar-thermal conversion materials with bionic micro/nano structure via ice-templating/carbonization methods. The influence of formula factors including carbon source, nanoparticles and additives, as well as preparation parameters including of supercooling temperature, freezing rate and carbonization condition on the micro/nano structures of the materials is investigated. The effects of the materials composition and the micro/nano structures (surface wrinkle and pores, vessel-like micro-channels and annular nano-flakes) on the solar-thermal conversion, localized heating and water transport of the materials are studied to reveal the coupling relationship of these three key points through combination of theoretical modeling and experiment. The structure-properties relationship of the materials composition and the micro/nano structures on solar evaporation are also studied, which is then combined with the coupling relationship of the three key points to demonstrate the enhanced evaporating mechanism of the biomass-carbon/tin oxide materials with bionic micro/nano-structures. This project has important theoretical and practical significance for the design, development and utilization of new solar-thermal conversion material for water evaporating.
化石能源危机、淡水资源匮乏及水污染加剧,使得利用太阳能光热转换材料进行水蒸发,实现海水淡化、污水治理成为研究的热点。本课题从太阳能水蒸发材料的光热转换、局域加热、水运输三个关键出发,拟采用冰晶模板/碳化法构筑具有仿生微纳结构的生物质炭/掺杂氧化锡太阳能水蒸发材料。研究冰晶模板剂、碳源、氧化锡纳米颗粒、助剂等配方因素,以及过冷度、降温速率、碳化条件等制备参数对材料组成、微纳结构(表面褶皱及孔洞、导管状孔道、纳米环纹等)的影响规律;研究材料组成、微纳结构对光热转换、局域加热、水运输的影响规律,通过实验研究与理论模拟结合,揭示光热转换、局域加热、水运输三者之间的耦合关系;研究材料组成、微纳结构与水蒸发性能的构效关系,并结合上述三者间的耦合关系,阐明仿生微纳结构生物质炭/掺杂氧化锡材料强化太阳能水蒸发的机制。该研究对新型太阳能光热水蒸发材料的设计、开发及利用具有重要的理论和实际意义。

结项摘要

化石能源危机、淡水资源匮乏及水污染加剧的背景下,利用太阳能光热转换材料进行界面水蒸发,实现海水淡化、污水治理成为多领域研究的热点。本项目制备了碳化萝卜、碳化浒苔、碳化土豆、碳纤维膜、碳化报纸、炭黑/聚氨酯泡沫等系列太阳能光热转换材料,研究了材料组成、微观结构等对材料光吸收、亲水性、隔热性、水蒸发性能的影响及规律。采用冰晶模板/碳化法制备了具有仿生微纳结构的生物质炭/锑掺杂氧化锡(ATO)光热材料,研究了配方组成、冷冻工艺、碳化工艺等因素对所制备材料组成、微纳结构的影响;研究了材料组成、微观结构等对其光热转换、局域加热、水运输的影响,发现了三者间的耦合关系;阐明了仿生微纳结构生物质炭/ATO材料强化太阳能水蒸发的机制。在1个太阳辐照下,光热转换材料的水蒸发速率达到1.44 kg∙m-2∙h-1,效率达到90.38%。采用表面碳化花泥柱阵列、表面碳化杉木柱阵列构筑了高速太阳能水蒸发器件,借助COMSOL Multiphysics 模拟了阵列中的水蒸气浓度、水蒸气扩散速率、温度场分布,发现蒸发表面和阵列内水蒸气能否及时扩散是制约水蒸发的主要因素。1个太阳辐照下,风速为3.5m/s时,杉木柱阵列的蒸发速率达到13.2 kg∙m-2∙h-1。所获成果可为高效太阳能水蒸发材料和器件的设计提供指导。研究成果已在Energy、Renewable Energy、Solar Energy Materials and Solar Cells等重要期刊发表SCI收录论文12篇(其中JCR1区论文7篇,目前发表文章已被引用197次),中文核心期刊论文6篇。申请国家发明专利3项,培养硕士研究生6名。

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(3)
氧化铜/石墨烯纳米流体的制备及光吸收-光热性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    青岛科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李振林;马海燕;孟照国;朱海涛
  • 通讯作者:
    朱海涛
Insight into the role of the channel in photothermal materials for solar interfacial water evaporation
深入了解光热材料中通道在太阳能界面水蒸发中的作用
  • DOI:
    10.1016/j.renene.2022.04.139
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Renewable Energy
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Wei Zhang;Tuo Zheng;Haiguang Zhu;Daxiong Wu;Canying Zhang;Haitao Zhu
  • 通讯作者:
    Haitao Zhu
太阳能水蒸发PVA/炭黑/聚氨酯复合材料的制备及性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    化工新型材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张灿英;张丽;赵辰;王友勋;李晨
  • 通讯作者:
    李晨
Performance of passive daytime radiative cooling coating with CaSiO3 enhanced solar reflectivity and atmospheric window emissivity
CaSiO3 增强太阳反射率和大气窗口发射率的被动日间辐射冷却涂层的性能
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/ac8ebe
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Journal of Physics D: Applied Physics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mingrao Liu;Shuai Zhang;Fuxi Li;Canying Zhang;Haitao Zhu;Daxiong Wu
  • 通讯作者:
    Daxiong Wu
NiCo_2O_4/玻璃纤维复合材料的制备及其太阳能水蒸发性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    青岛科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯晴晴;张德旭;吴大雄;朱海涛
  • 通讯作者:
    朱海涛

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其他文献

人参炔醇体外抑制人胰腺癌SW1990细胞迁移作用研究
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王颖;朱海涛;黄文斯;吴荧荧;朱莉;宋廉;石卉;张礼荣;刘嫣方;王冬青
  • 通讯作者:
    王冬青
以SiO_2微球为模板制备硅酸盐空心球
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    山东陶瓷
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程金虎;袁吉翠;苏靖文;朱海涛
  • 通讯作者:
    朱海涛
大鼠脑室出血后脑铁代谢与脑积水发生关系的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国微侵袭神经外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuan Yikai,Chen Zhi,Zhu Haitao,Zou Mingming,Lin Ji;陈志;朱海涛;邹明明;林江凯;朱刚;钱忠明;冯华;孟辉
  • 通讯作者:
    孟辉
酶法辅助反胶束前萃取核桃蛋白的 研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    食 品 科 技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    虎海防;赵晓燕;孙雅丽;朱海涛;张桂香;张立金;何 磊
  • 通讯作者:
    何 磊
C/Gd 纳米复合物用于兔舌间质磁共振 淋巴造影的应用价值评价
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国口腔颌面外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    单俊;曾文霞;刘世恩;徐豪越;朱海涛;宋凯;冯元勇;吴大雄;尚伟
  • 通讯作者:
    尚伟

其他文献

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朱海涛的其他基金

太阳光/微波双吸收化学储热材料的构筑及其构效关系研究
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    52372204
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含无机空心颗粒纳米流体的光热特性及其调控机制研究
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微纳尺度硫化铜中空材料的调控合成及其空心效应研究
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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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