一种基于等离激元效应的高效率光汽转换方法与流程

本发明涉及一种基于等离激元效应的高效率光汽转换方法，具体地说是将金纳米颗粒表面浸没于液体中，用激光照射金纳米颗粒表面，通过等离子效应生成激光等离子体蒸汽泡，将激光光能高效率地转换为汽化液体的热能。主要用于微纳流体、能源工程等领域。

背景技术：

社会的迅速发展使传统能源迅速消耗，人类所需能源无法单纯依赖煤、石油、天然气等传统资源，大力发展高效、清洁、获取方便的能源利用极为重要。依靠光热效应实现蒸汽转化具有绿色安全、能量利用率高的特点，近年来受到研究者广泛关注。其中，利用金、银、铂等贵金属纳米颗粒在激光照射下存在等离子体效应，能够迅速地将光能转化为热能，进而将贵金属纳米颗粒周围介质汽化。激光等离子体效应在能源动力、生物和化工等领域有广泛应用，提高该过程中的光热转换效率一直是领域内的关键问题。

传统的光热转换通常需要对液体进行整体加热，由于热传导、热辐射等因素存在较大的热损失，通常需要特殊的隔热设备以提高能量转化效率，而且存在制备工艺复杂、成本较高、占地面积较大等缺点。近年来新兴的界面加热可以将激光转换的热量集中在界面处，只加热空气与水界面处的少部分液体，减少了不必要的热损失，相比传统方法大大提高了能量的利用率。但是，界面加热方法需借助特殊吸收体材料并需要将其维持在界面处。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有光汽转换方法的不足，提出一种简单的，高效率且无需任何复杂设备或特殊性能材料的光汽转换方法。基于激光等离子效应的光汽转换方法，在微秒级的时间范围内生成激光等离子体蒸汽泡，实现高效率的光汽转换。

本发明的技术解决方案为：提供了一种基于等离激元效应的高效率光汽转换方法，所述方法包括：采用连续激光照射浸没于液体中的金、银、铂等贵金属纳米粒子阵列基底，由于等离子体效应产生的热量汽化金纳米粒子周围液体，在基底表面生成激光等离子体蒸汽泡，光能被高效率地转化为热能。

所述的连续激光波长范围为390～780nm，功率为50～200mw。

所述的等离子体效应为，金、银、铂等贵金属纳米粒子在激光照射下能够迅速地将光能转化为热能，在液体环境中，转化得到的热能可以迅速把贵金属纳米颗粒周围液体汽化，生成激光等离子体蒸汽泡。

所述的激光等离子体蒸汽泡在微秒尺度内生成。

附图说明

图1为基于激光等离子体效应的光蒸汽转换示意图。

图2为本发明所述方法生成的初始等离子体蒸汽泡(实物图)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施方法如图1所示，包括二氧化硅基底1，金纳米粒子阵列2，初始等离子体气泡3，激光发射装置4。光热转换过程包含以下步骤：

步骤1：将附着于二氧化硅基底的金纳米颗粒阵列浸没于水中；

步骤2：用波长为532nm的激光光束从顶部连续照射金颗粒样品表面；

步骤3：由于激光等离子效应，金颗粒表面生成大量的热，使周围液体温度急剧升高；

步骤4：经过激光照射333μs后，生成初始等离子体气泡并在约5μs迅速增长至最大体积，约10μs后破裂，如图2所示。

在步骤4中，在气泡体积最大时，光能被高效率地转换为热能，光热转换效率达60％。

技术特征：

1.一种基于等离激元效应的高效率光汽转换方法，所述方法包含以下内容，采用连续激光照射浸没于液体中的金、银、铂等贵金属纳米粒子阵列基底，由于等离子体效应产生的热量汽化金纳米粒子周围液体，在基底表面生成激光等离子体蒸汽泡，光能被高效率地转化为热能。

2.根据权利要求1所述的一种基于等离激元效应的高效率光汽转换方法，其特征在于，所述连续激光波长范围为390～780nm，功率为50～200mw。

3.根据权利要求1所述的一种基于等离激元效应的高效率光汽转换方法，其特征在于，所述等离子体效应为，金、银、铂等贵金属纳米粒子在激光照射下能够迅速地将光能转化为热能，在液体环境中，转化得到的热能可以迅速把贵金属纳米颗粒周围液体汽化，生成激光等离子体蒸汽泡。

4.根据权利要求1所述的一种基于等离激元效应的高效率光汽转换方法，其特征在于，所述激光等离子体蒸汽泡在微秒尺度内生成。

技术总结
本发明涉及一种基于等离激元效应的高效率光汽转换方法，方法包括：采用连续激光照射浸没于液体中的金、银、铂等贵金属纳米粒子阵列基底，由于激光等离效应，在微秒尺度内汽化金纳米粒子周围液体，在基底表面生成激光等离子体蒸汽泡，实现高效率的光汽转换。本发明所述方法只加热基底与液体界面处的少部分液体，减少了不必要的热损失，相比传统光汽转换方法大大提高了能量的利用率。可用于能源动力、生物和化工等领域。

技术研发人员：王玉亮;李晓来;廉兆鑫;陈步云;夏晨亮;董丽华
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2020.07.14
技术公布日：2020.10.16