能源与动力工程学院流体机械及工程团队在能源领域一区期刊上发表论文

近日，我校能源与动力工程学院流体机械及工程团队成员闫盛楠博士在Energy Conversion and Management（一区，IF₂₀₂₀=9.709）上发表题为“Energy storage enhancement of paraffin with a solar-absorptive rGO@Ni film in a controllable magnetic field”的研究论文。

基于环境友好性及易获取性等主要特征，太阳能是化石燃料的最佳替代品之一。太阳能高效转换技术主要包括光电和光热利用，其中，光热储能是光热转换的重要应用，提高所用材料的太阳能吸收能力和储热能力至关重要。太阳能光热转换和储存已被证明是有效的太阳能利用途径。在相变过程中，相变材料可以储存和释放大量能量；因此，它们被认为是优良的太阳能存储介质。然而，相变材料的导热系数一般较低，导致传热过程缓慢，限制了相变材料的光热转换效率。为了解决上述问题，研究人员尝试将纳米颗粒掺入相变材料之中，并取得了优良的效果。但是，该种方法存在一定缺点，例如需要大量的纳米颗粒，造成成本较高；此外，一些纳米颗粒容易氧化或团聚，单位质量相变材料的光热吸收能力较低，而且纳米颗粒不易从相变材料中分离出来，会污染相变材料。

为改善上述缺点，团队成员将纳米颗粒（石墨烯）涂覆在导磁材料（泡沫镍）之上。泡沫镍是一种耐腐蚀的磁性材料，通常作为基底；石墨烯具有优异的力学、光学和热性能，广泛用于与太阳能转换和存储相关领域，包括太阳能收集和光热催化等。在制备实验过程中，将泡沫镍作为基底，并将还原氧化石墨烯通过电化学还原方式涂覆在泡沫镍之上，制成复合膜；该复合膜具有耐腐蚀和抗氧化性，并可重复使用。在光热转换实验过程中，将该复合膜置于固态石蜡之上，并引入外部磁场，通过调控磁场强度，使复合膜伴随相变过程而紧贴固液相界面，改善石蜡光热转换特性。该方法结合了磁控调节与纳米颗粒强化光热吸收的优点。磁场调控下的表面式吸收方法可以在不污染相变材料的情况下调节相变过程，提升相变材料的光热存储能力。

结果表明，在泡沫镍上涂覆还原氧化石墨烯能够有效增强泡沫镍的光热吸收能力；通过调节磁场强度可以动态调整rGO@Ni复合膜的位置，使其紧贴固液相界面，且该复合膜易取出，不会污染石蜡；增大磁场强度提升了准稳态温度、储热能力和储热效率，并提高了单位质量石蜡的光热吸收能力以及相界面的移动速度。综上，该方法为太阳能转换和利用提供了一种有效解决方案。

该论文代表性结果如下：

Fig.1 Preparation of the composite film.

(a)                                      (b)

Fig.2 (a) A schematic of the experimental setup. (b) The locations of the thermocouples.

Fig.3 Magnetically driven photothermal conversion.

Fig.4 The photothermal characteristics of rGO@Ni-paraffin under various magnetic field strengths.

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者简介

闫盛楠，博士，讲师，研究方向为多相流动及热质传递，曾参与国家自然科学基金重大研究计划培育项目、优秀青年科学基金项目，发表SCI收录论文7篇，EI收录论文1篇，现任西华大学能源与动力工程学院教师。