North China Electric Power Universityの研究グループが ナノ粒子分散液における太陽光による蒸発過程を調査しました。
本研究成果は、Nano Energy 57 (2019): 791-803に掲載されています。
この記事は下記論文の紹介記事です。
論文：
Xu, Jinliang, et al. "The critical nanofluid concentration as the crossover between changed and unchanged solar-driven droplet evaporation rates." Nano Energy 57 (2019): 791-803.
ユビキタス太陽熱エネルギー変換プロセスとして、太陽駆動蒸発は、太陽エネルギーの高い変換効率と変革産業の可能性のために多大な研究の注目を集めています。ナノ粒子を用いた太陽光吸収によるエネルギー収穫はこの注目されている研究の内の一つです。
ナノ粒子を用いた液体における太陽エネルギー収穫の課題は、さまざまな長さおよび時間スケールでナノ粒子が生成する熱と流れ/温度場の間の強い結合にあります。
このような背景から同研究グループは、ナノ流体液滴の太陽駆動蒸発について調査しました。
液滴の蒸発速度は、ci、cr = 10ppmの重要なナノ流体濃度を超えると、急激に増加したレジームと一定のレジームを示しています。
総太陽エネルギー吸収を光学バンドの観点から2つの部分に分離し、液滴全体を2つの空間ドメインに分離します。
本研究では、境界線効果として新たに認識された、より高い温度とより大きな温度勾配で動作する接触線から始まる小さな長さスケールの挙動を明らかにしています。
観察されたコーヒーリングは、コンタクトライン領域内のナノ粒子の自己集合として動作します。
コンタクトライン領域（CLR)は液滴全体に比べて2桁小さくても、ほぼすべての電磁エネルギー吸収を支配し、バルクボリューム領域はほぼすべての赤外線エネルギー吸収に寄与することがわかりました。
この発見は、液滴蒸発の2つのレジームをうまく説明しています。
初期のナノ流体濃度の増加に伴い、CLRでのナノ粒子の堆積が強化され、より多くの熱が発生するため、液滴の蒸発速度が上昇します。
蒸発速度の増加は、十分なナノ粒子の堆積に対応する10ppmの臨界濃度で停止します。
臨界条件を超えると、余分なナノ粒子が有効なナノ粒子層の下に隠れて、蒸発率が変化しなくなります。
本研究は、新しい太陽熱蒸気発生装置の開発に有用です。
蒸発誘導コーヒーリングは、プラズモン加熱用のナノ構造の新しい「製造」方法と見なすことができます。
準備されたコーヒーリングアレイ上の液膜または液滴の純水蒸発は、太陽エネルギーの利用に非常に便利です。