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當今傳統能(neng)源(yuan)(yuan)日益(yi)消(xiao)耗，生態(tai)環境破(po)壞嚴重，是人(ren)類生存與(yu)發(fa)展(zhan)所面臨(lin)的(de)(de)(de)重大挑戰(zhan)。因此(ci)清潔能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)開發(fa)研究，成為(wei)全球能(neng)源(yuan)(yuan)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)重點與(yu)趨(qu)勢所向。聚光(guang)式太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)（Concentrated Solar Power,CSP）技術是指將(jiang)太(tai)陽(yang)能(neng)聚集后，通過蓄熱(re)介質轉化為(wei)熱(re)能(neng)，再(zai)將(jiang)熱(re)能(neng)傳送到發(fa)電(dian)系統進行發(fa)電(dian)，是一(yi)(yi)種綠色清潔的(de)(de)(de)可再(zai)生能(neng)源(yuan)(yuan)發(fa)電(dian)技術，是未來解(jie)決能(neng)源(yuan)(yuan)問題(ti)最理想的(de)(de)(de)途徑之一(yi)(yi)。

圖：塔式(shi)太陽能(neng)熱(re)發電(dian)系統

傳熱(re)蓄熱(re)技術是(shi)光熱(re)發電(dian)的(de)關鍵環節(jie)，傳熱(re)性能(neng)影(ying)響到介質傳送熱(re)量的(de)速率(lv)，越高的(de)傳熱(re)性能(neng)可(ke)使水更快地轉化為水蒸氣，從而(er)提高發電(dian)效率(lv)。蓄熱(re)性能(neng)影(ying)響介質吸收(shou)熱(re)量的(de)容量，越高的(de)蓄熱(re)性能(neng)可(ke)以(yi)吸收(shou)越高的(de)太陽能(neng)，從而(er)提高發電(dian)效率(lv)。

熔鹽(yan)作為傳蓄熱介質具有(you)明顯的優勢，其使用(yong)溫度范圍寬、蒸汽壓低、腐蝕性低、成本低。2015年國家能源局355號文(wen)件規定(ding)申報的太陽能熱發電示范工(gong)程(cheng)必須(xu)采用(yong)熔鹽(yan)作為蓄熱介質。

近年來利(li)用熔鹽進行光熱(re)(re)發電(dian)取得較大(da)進展，Solarsalt(60%NaNO3+40%KNO3）與Hitec(53%KNO3+40%NaNO2+7%NaNO3）是(shi)當(dang)前光熱(re)(re)電(dian)站中最普及的(de)(de)兩種熔鹽介質，然而二者的(de)(de)比熱(re)(re)值(zhi)和(he)導熱(re)(re)性能(neng)較低，影響了太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)的(de)(de)利(li)用效率(lv)。因此，構建具(ju)有高導熱(re)(re)和(he)高蓄熱(re)(re)性能(neng)的(de)(de)熔鹽體系，提(ti)高太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)光熱(re)(re)發電(dian)的(de)(de)利(li)用率(lv)，具(ju)有深(shen)遠的(de)(de)意義與實(shi)用價值(zhi)。

自1995年納(na)(na)米(mi)流體強化傳熱(re)(re)(re)的(de)技術被提出以(yi)(yi)后(hou)，國內(nei)外開展(zhan)了(le)眾多(duo)相關研究。與傳統(tong)材(cai)(cai)料相比，納(na)(na)米(mi)材(cai)(cai)料具有常規宏觀(guan)材(cai)(cai)料所不具備的(de)納(na)(na)米(mi)效應(ying)，如(ru)：表面(mian)效應(ying)、量子(zi)尺(chi)寸效應(ying)、量子(zi)隧道效應(ying)等。所以(yi)(yi)在傳蓄(xu)熱(re)(re)(re)流體中添(tian)加(jia)納(na)(na)米(mi)粒子(zi)，有望增強其(qi)傳熱(re)(re)(re)蓄(xu)熱(re)(re)(re)性能。將(jiang)納(na)(na)米(mi)粒子(zi)引入(ru)熔鹽(yan)體系，尤其(qi)是(shi)硝(xiao)酸熔鹽(yan)體系中，可(ke)顯(xian)著改善其(qi)傳熱(re)(re)(re)蓄(xu)熱(re)(re)(re)性能。目前常見(jian)的(de)合成工(gong)藝(yi)主要為高溫(wen)混熔法和超聲(sheng)分散法：

1.高溫混熔法

當摻雜少劑量的納米粒子時，適合用該法進行制(zhi)(zhi)備。高(gao)溫混熔(rong)法無需引入去離子水，制(zhi)(zhi)備過(guo)程(cheng)相對簡單(dan)，更適用于工程(cheng)化(hua)大(da)規(gui)模應用。缺點是不適用于所有納米粒子，摻雜量不可過(guo)大(da)，需要(yao)納米粒子與熔(rong)鹽之間有良好的相容(rong)性(xing)，并(bing)且需要(yao)高(gao)溫設(she)備，成本較高(gao)。

2.超聲分散法

當摻雜大(da)劑量(liang)(liang)的(de)納米粒子(zi)時，適(shi)合用(yong)該法進行制(zhi)備(bei)。超聲(sheng)分散法可引(yin)入(ru)大(da)劑量(liang)(liang)的(de)納米粒子(zi)，適(shi)用(yong)于(yu)幾乎所有納米流體的(de)制(zhi)備(bei)。缺點是制(zhi)備(bei)過程(cheng)繁(fan)雜，需要引(yin)入(ru)大(da)量(liang)(liang)的(de)去(qu)離(li)子(zi)水并(bing)蒸干，不(bu)適(shi)用(yong)于(yu)工程(cheng)化大(da)規模應用(yong)。

發展適用性廣、成本較低(di)、分(fen)散性好的(de)制備工藝仍(reng)是未來研究(jiu)工作中(zhong)的(de)重(zhong)點(dian)。

作(zuo)為硝酸熔鹽(yan)添加(jia)劑的納米材(cai)料(liao)可分(fen)為以(yi)下(xia)幾類：

納米金屬粒子及其氧化物

本(ben)類(lei)納米材(cai)(cai)料制備技術日益成熟(shu)，易于(yu)(yu)對其(qi)進行不同(tong)結構的調(diao)控，并(bing)且原(yuan)料易得、制備成本(ben)低，易于(yu)(yu)大規(gui)模生產。如表1（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所(suo)示，將納米金(jin)屬和金(jin)屬氧(yang)化物(wu)作為(wei)添(tian)加(jia)劑摻雜到儲能(neng)材(cai)(cai)料中，可有效改善(shan)材(cai)(cai)料傳熱蓄熱性能(neng)。

碳納米材料

自1985年(nian)首(shou)次制得富勒(le)烯、1991年(nian)制得碳納米(mi)管、2004年(nian)制得石墨烯以來，碳納米(mi)材(cai)料(liao)領(ling)域迅猛發(fa)展。碳納米(mi)材(cai)料(liao)獨(du)特的(de)(de)微(wei)觀結構導致其(qi)(qi)具有機械穩定(ding)性好(hao)、密度低、高(gao)(gao)導熱(re)(re)(re)(re)、高(gao)(gao)強度等(deng)特性。利用其(qi)(qi)優異的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)學性能(neng)(neng)，使其(qi)(qi)與傳(chuan)統(tong)材(cai)料(liao)復合(he)，能(neng)(neng)大幅提(ti)高(gao)(gao)傳(chuan)統(tong)材(cai)料(liao)的(de)(de)比熱(re)(re)(re)(re)或(huo)(huo)導熱(re)(re)(re)(re)系(xi)數，得到高(gao)(gao)儲熱(re)(re)(re)(re)或(huo)(huo)高(gao)(gao)導熱(re)(re)(re)(re)性能(neng)(neng)的(de)(de)復合(he)材(cai)料(liao)。如(ru)表2（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所示，將碳納米(mi)材(cai)料(liao)作(zuo)為添加劑摻雜到儲能(neng)(neng)材(cai)料(liao)中，可有效(xiao)改善(shan)材(cai)料(liao)傳(chuan)熱(re)(re)(re)(re)蓄熱(re)(re)(re)(re)性能(neng)(neng)。

其他無機納米材料

除納米(mi)金屬(shu)、納米(mi)金屬(shu)氧化物和碳納米(mi)材(cai)料之外，其他(ta)在熔鹽改性(xing)中(zhong)最(zui)為(wei)常見的(de)無機納米(mi)材(cai)料添(tian)加劑(ji)是(shi)SiO2，因其具有制備工藝成熟(shu)、粒徑可調控、成本低等(deng)優勢，將其作為(wei)添(tian)加劑(ji)改善熔鹽熱物性(xing)的(de)研究最(zui)為(wei)常見。如表(biao)3（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所示，一些其他(ta)無機納米(mi)材(cai)料也(ye)可明顯改善熔鹽材(cai)料的(de)傳蓄熱性(xing)能(neng)。

雖然硝酸熔鹽已被廣泛(fan)應用(yong)于太陽能(neng)(neng)光(guang)熱發電領域，但其(qi)傳(chuan)熱蓄熱性能(neng)(neng)欠佳(jia)，利(li)用(yong)納米材(cai)料獨特的(de)高導(dao)熱性能(neng)(neng)，將其(qi)作(zuo)為添加劑引入(ru)到硝酸熔鹽體系(xi)中(zhong)，可大幅(fu)改善硝酸熔鹽的(de)熱性能(neng)(neng)。

眾(zhong)多(duo)研究者向儲能(neng)熔(rong)(rong)鹽材料中引入納(na)米金屬粒子、納(na)米金屬氧化(hua)(hua)物、納(na)米碳材料等納(na)米粒子，所制備的(de)(de)復合(he)材料熔(rong)(rong)點(dian)與(yu)分解溫度變化(hua)(hua)不(bu)大，可(ke)維持合(he)適(shi)的(de)(de)應用溫度范圍，而比(bi)熱(re)值(zhi)或導熱(re)系(xi)數得到了(le)大幅提(ti)高(gao)，將(jiang)其應用在CSP系(xi)統(tong)中，有望顯著提(ti)高(gao)傳蓄(xu)熱(re)工(gong)質(zhi)的(de)(de)能(neng)量密度和傳熱(re)速率(lv)，促進熔(rong)(rong)鹽工(gong)質(zhi)對太陽能(neng)的(de)(de)吸收和熱(re)量的(de)(de)傳遞，從而提(ti)高(gao)太陽能(neng)光熱(re)發電的(de)(de)效(xiao)率(lv)，推動CSP產業(ye)的(de)(de)發展。