一种基于等离子共振的光热蒸发装置的制作方法

本实用新型涉及液体蒸发技术领域，具体涉及一种基于等离子共振的光热蒸发装置。

背景技术：

液体蒸发对于许多基本过程和工业应用具有重要意义。目前对于液体蒸发的研究主要基于两个问题，一个是蒸发驱动力即能量来源的取舍，由于蒸发为吸热过程，其必须有外界能量供给使得蒸发作用得以持续进行，因此对于能量来源的选择十分重要。而另一个则是蒸发过程中的能量转化效率，这也是研究蒸发的核心问题。对于利用高压蒸汽发电的电站来说，高效的蒸发过程能够大幅提高整个系统的产能效率，并因此节省大量的成本；同时考虑到能源清洁化的发展趋势，光能因其无污染、来源广泛的性质受到众多研究的青睐。

目前大量的研究致力于将自然界中最常见也最易获取的太阳光能转化为其他形式的能量，例如化学能、电能等。其中光的热效应对于液体蒸发具有重要意义，一般认为是由光热效应引起，即材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高。

然而直接照射液体由于其实际照射面积小，热能扩散快等原因，导致光热转换效率极其低下，无法投入实际应用中。

因此，如何提供一种蒸发过程环保且蒸发效率高的光热蒸发装置，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种基于等离子共振的光热蒸发装置；能够有效提高液体蒸发中的光热转化率，进而可靠地提高了液体蒸发的效率，且蒸发过程环保，装置简单且制作成本低；且能够显著提高基于相变的热传导系统，例如热管和蒸汽室。并大幅提升蒸馏过程中对混合物的分离效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

一方面，本实用新型提供了一种基于等离子共振的光热蒸发装置，所述装置包括：放置在目标液体中的光热发生板、用于盛放所述目标液体及光热发生板的盛液容器，以及，设置在所述盛液容器顶部的聚光盖板；

所述光热发生板的一端板面为光热发生面，且所述光热发生板的光热发生面与所述聚光盖板相对设置，使得外部光源经所述聚光盖板照射至所述光热发生面。

进一步地，所述光热发生板包括吸热基板及固定设置在所述吸热基板上的生物转化模金属板；

相应的，所述光热发生面为所述生物转化模金属板的顶面。

进一步地，所述聚光盖板为菲涅尔透镜聚光板，且所述菲涅尔透镜聚光板的底板设有超疏水涂层；

所述菲涅尔透镜聚光板的顶板与光源相对设置，所述菲涅尔透镜聚光板的底板与所述盛液容器内部的光热发生板的光热发生面相对设置。

进一步地，所述盛液容器包括容器本体、设置在所述容器本体一端的蒸发物输出腔体、以及，设置在所述蒸发物输出腔体的底部的输出口；

所述容器本体与所述蒸发物输出腔体的连接处与所述聚光盖板之间留有空隙；

所述蒸发物输出腔体的底部高于所述容器本体的底部；

所述盛液容器中的目标液体的高度低于所述连接处的高度。

进一步地，所述聚光盖板与蒸发物输出腔体的连接处的角度大于90度。

进一步地，所述蒸发物输出腔体的底面呈向下凹陷状。

进一步地，所述吸热基板为碳基吸热基板。

进一步地，所述吸热基板与所述生物转化模金属板之间经固体粘合剂连接。

进一步地，所述盛液容器的内避设有热绝缘涂层，且所述盛液容器的底部设有黑色涂层。

进一步地，所述聚光盖板与盛液容器之间活动连接。

由上述技术方案可知，本实用新型所述的一种基于等离子共振的光热蒸发装置，包括：放置在目标液体中的光热发生板、用于盛放所述目标液体及光热发生板的盛液容器，以及，设置在所述盛液容器顶部的聚光盖板；所述光热发生板的一端板面为光热发生面，且所述光热发生板的光热发生面与所述聚光盖板相对设置，使得外部光源经所述聚光盖板照射至所述光热发生面。本实用新型能够有效提高液体蒸发中的光热转化率，进而可靠地提高了液体蒸发的效率，且蒸发过程环保，装置简单且制作成本低；且能够显著提高基于相变的热传导系统，例如热管和蒸汽室。并大幅提升蒸馏过程中对混合物的分离效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的一种基于等离子共振的光热蒸发装置的一种结构侧视图；

图2是本实用新型的光热蒸发装置中光热发生板1的结构侧视图；

图3是本实用新型的光热蒸发装置中聚光盖板3的结构侧视图；

图4是本实用新型的光热蒸发装置中盛液容器2的结构侧视图；

图5是本实用新型的光热蒸发装置的一种结构主视图；

其中，1-光热发生板；11-生物转化模金属板；12-固体粘合剂；13-吸热基板；2-盛液容器；21-容器本体；22-蒸发物输出腔体；23-输出口；24-热绝缘涂层；25-黑色涂层；3-聚光盖板；31-菲涅尔透镜聚光板；32-超疏水涂层。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的实施例一提供了一种基于等离子共振的光热蒸发装置的一种具体实施方式，参见图1，所述基于等离子共振的光热蒸发装置具体包括如下内容：

放置在目标液体中的光热发生板1、用于盛放所述目标液体及光热发生板1的盛液容器2，以及，设置在所述盛液容器2顶部的聚光盖板3；所述光热发生板1的一端板面为光热发生面，且所述光热发生板1的光热发生面与所述聚光盖板3相对设置，使得外部光源经所述聚光盖板3照射至所述光热发生面。

在上述描述中，通过将生物翅膀模板化，得到具有生物形态精细分级结构的金属材料，并将其与吸热材料结合，形成具有吸热聚光功能的光热转化材料；模板化的金属材料具有三维光子晶体结构，其非对称突起结构呈周期式均匀分布于材料表面，纳米化的贵金属颗粒包覆于原生物模板表面并形成连续的膜，得到光热发生板1；将光热发生板1置于待加热目标液体中，光源照射其全表面后，产生的热量传输到目标液体中；其中的所述的生物翅膀是指：在常温下酸溶液脱矿处理，并放置空气中干燥的蝴蝶、蜻蜓或蛾类的翅膀。

从上述描述可知，本实用新型提供一种光热蒸发装置的结构，有效提高液体蒸发中的光热转化率，进而可靠地提高了液体蒸发的效率，且蒸发过程环保，装置简单且制作成本低；且能够显著提高基于相变的热传导系统，例如热管和蒸汽室。并大幅提升蒸馏过程中对混合物的分离效率。

本实用新型的实施例二提供了上述基于等离子共振的光热蒸发装置中光热发生板1的具体实施方式，参见图2，所述光热发生板1具体包括如下内容：

吸热基板13及固定设置在所述吸热基板13上的生物转化模金属板11，所述光热发生面为所述生物转化模金属板11的顶面，所述吸热基板13为碳基吸热基板13；所述吸热基板13与所述生物转化模金属板11之间经固体粘合剂12连接。

在上述描述中，通过将生物翅膀模板化，得到具有生物形态精细分级结构的金属材料，并将其与吸热材料结合，形成具有吸热聚光功能的光热转化材料；模板化的金属材料具有三维光子晶体结构，其非对称突起结构呈周期式均匀分布于材料表面，纳米化的贵金属颗粒包覆于原生物模板表面并形成连续的膜，整个生物转化模金属板11所用吸热基板13为碳基吸热基底，二者通过固体粘合剂12进行物理粘合。

从上述描述可知，本实用新型的实施例通过将生物翅膀模板化，得到具有生物形态精细分级结构的金属材料，并将其与吸热材料结合，形成具有吸热聚光功能的光热转化材料；通过上述方式，本实用新型能够提高传统光热转化效率，并应用于海水蒸发等领域，制作方便，成本低廉。

本实用新型的实施例三提供了上述基于等离子共振的光热蒸发装置的另一种具体实施方式，参见图3、图4和图5，所述光热蒸发装置具体包括如下内容：

所述聚光盖板3为菲涅尔透镜聚光板31，且所述菲涅尔透镜聚光板31的底板设有超疏水涂层32；所述菲涅尔透镜聚光板31的顶板与光源相对设置，所述菲涅尔透镜聚光板31的底板与所述盛液容器2内部的光热发生板1的光热发生面相对设置；所述聚光盖板3与蒸发物输出腔体22的连接处的角度大于90度；所述聚光盖板3与盛液容器2之间活动连接。

所述盛液容器2包括容器本体21、设置在所述容器本体21一端的蒸发物输出腔体22、以及，设置在所述蒸发物输出腔体22的底部的输出口23；所述容器本体21与所述蒸发物输出腔体22的连接处与所述聚光盖板3之间留有空隙；所述蒸发物输出腔体22的底部高于所述容器本体21的底部；所述盛液容器2中的目标液体的高度低于所述连接处的高度；所述蒸发物输出腔体22的底面呈向下凹陷状；所述盛液容器2的内避设有热绝缘涂层24，且所述盛液容器2的底部设有黑色涂层25。

从上述描述可知，本实用新型提供一种光热蒸发装置的具体结构，有效提高了液体蒸发中的光热转化率，进而可靠地提高了液体蒸发的效率，且蒸发过程环保，装置简单且制作成本低。

为进一步的说明本方案，本实用新型还提供了一种基于等离子共振的光热蒸发装置的应用实例,该应用实例具体包括如下内容：

光热蒸发装置包括盛液容器、可调节焦距的菲涅尔透镜聚光板，吸热基板，二氟硅烷超疏水涂层和光热发生板；在具体的光热实验中，光热蒸发装置上方安置氙灯光源，保持光源光斑与菲涅尔透镜聚光板大小相当，定时观测容器内水量变化。

光热发生板：通过将生物翅膀模板化，得到具有生物形态精细分级结构的金属材料，并将其与吸热材料结合，形成具有吸热聚光功能的光热转化材料；模板化的金属材料具有三维光子晶体结构，其非对称突起结构呈周期式均匀分布于材料表面，纳米化的贵金属颗粒包覆于原生物模板表面并形成连续的膜，整个金属模板所用基底为碳基吸热基底，二者通过物理粘合。整个系统置于待加热液体中，光源照射其全表面后，产生的热量传输到液体中。所述的生物翅膀是指：在常温下酸溶液脱矿处理，并放置空气中干燥的蝴蝶、蜻蜓或蛾类的翅膀。

其中的所述生物板金属化所用方法包括化学施镀、等离子溅射等，所用金属范畴包括金、银、铂等贵金属；所述金属板所用结构包括但不限于：周期式排布的分立突起型嵴结构，末端分叉的树枝状结构。

所述金属模板与底部碳基吸热基底通过不溶于水的固体粘合剂结合。

所述光源为平行光，设置于系统正上方，控制入射角度为直角，光斑与系统面积相当。

所述金属模板包括对生物模板进行酸性腐蚀，脱离生物成分具有对应结构的纳米三维金属框架。

本实用新型结合贵金属的局域表面等离子共振效应(Localized SPRs,LSPRs)，选择具有三维周期性结构的金属银。已有研究明确指出，在电磁波的作用下，金属微纳结构内部电子的协同振荡会在其表面激发产生表面等离激元共振效应，从而增强金属表面的局域电磁场，可在亚波长范围内形成光汇聚、光波导、光增强、光储存等光学效应，即具有良好的光热效应。受到某些蝶翅鳞片表现出天然的光子晶体特征这一现象的启发，具有类蝶翅微观结构的贵金属的SPR能够被大幅增强，显示出更多的活性点，从而光热效应更为明显。

因此本实用新型选择具有蝶翅三维光子晶体结构的纳米银模板，以获得高效的光热转化效应，并将转化的热能高效的用于海水蒸发，制作方便，成本低廉。

上述基于等离子共振的光热蒸发装置的制备方法的具体实施方式，所述制备方法具体包括如下内容：

根据所述盛液容器的尺寸制作得到所述聚光盖板，并根据生物模板法获取所述光热发生板；将目标液体灌入所述盛液容器中，并将所述光热发生板水平放入所述目标液体内，并使得所述光热发生板的光热发生面朝上；将所述聚光盖板设置在所述光热发生板的顶部，并盖合所述聚光盖板；以及，将平行光源设置在所述聚光盖板的正上方，并控制平行光源的光发射角度与所述聚光盖板呈直角，且将所述平行光源发出的光斑的面积设置为大于或等于所述聚光盖板的表面积，使得所述平行光源经所述聚光盖板照射至所述光热发生板后，所述光热发生板产生的热量传入目标液体中，使得所述目标液体蒸发。

其中的所述根据生物模板法获取所述光热发生板，具体包括：获取生物翅膀，其中，所述生物翅膀包括蝴蝶、蜻蜓或蛾类的翅膀；将所述生物翅膀在常温下进行酸溶液脱矿处理，得到生物翅膀样本；根据生物模板法将所述生物翅膀样本模板化，使得纳米化的贵金属颗粒包覆于生物翅膀样本表面并形成连续的膜，得到具有三维光子晶体结构的金属板；以及将所述金属板与吸热基底将物理粘合，得到所述光热发生板。

从上述描述可知，本实用新型的实施例能够有效提高液体蒸发中的光热转化率，进而可靠地提高了液体蒸发的效率，且蒸发过程环保，装置简单且制作成本低；且能够显著提高基于相变的热传导系统，例如热管和蒸汽室。并大幅提升蒸馏过程中对混合物的分离效率。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。