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當(dang)今傳統(tong)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)日益消耗，生態環境(jing)破壞嚴重(zhong)，是(shi)人類生存(cun)與發(fa)展所面臨的(de)重(zhong)大挑(tiao)戰。因此清(qing)潔(jie)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)開發(fa)研究，成為(wei)全球(qiu)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發(fa)展的(de)重(zhong)點與趨(qu)勢所向。聚(ju)光式太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)（Concentrated Solar Power,CSP）技術是(shi)指將太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)聚(ju)集后，通過(guo)蓄熱介質轉化為(wei)熱能(neng)(neng)(neng)，再將熱能(neng)(neng)(neng)傳送到發(fa)電(dian)系統(tong)進行發(fa)電(dian)，是(shi)一(yi)(yi)種綠(lv)色清(qing)潔(jie)的(de)可再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發(fa)電(dian)技術，是(shi)未來解(jie)決能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)問題最(zui)理想的(de)途徑之(zhi)一(yi)(yi)。

圖：塔式太陽能(neng)熱發電系(xi)統

傳(chuan)熱(re)蓄(xu)(xu)熱(re)技(ji)術(shu)是光熱(re)發電的(de)關鍵(jian)環節，傳(chuan)熱(re)性能(neng)(neng)影(ying)響(xiang)到(dao)介質(zhi)(zhi)傳(chuan)送(song)熱(re)量(liang)的(de)速率(lv)(lv)，越高(gao)的(de)傳(chuan)熱(re)性能(neng)(neng)可使水(shui)更(geng)快(kuai)地(di)轉(zhuan)化為(wei)水(shui)蒸氣，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)發電效(xiao)率(lv)(lv)。蓄(xu)(xu)熱(re)性能(neng)(neng)影(ying)響(xiang)介質(zhi)(zhi)吸(xi)(xi)收(shou)熱(re)量(liang)的(de)容量(liang)，越高(gao)的(de)蓄(xu)(xu)熱(re)性能(neng)(neng)可以吸(xi)(xi)收(shou)越高(gao)的(de)太(tai)陽能(neng)(neng)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)發電效(xiao)率(lv)(lv)。

熔(rong)(rong)鹽作為傳蓄熱(re)(re)介質(zhi)具有(you)明顯的(de)(de)優(you)勢，其使用溫(wen)度范圍(wei)寬、蒸汽壓(ya)低、腐(fu)蝕性低、成本低。2015年國家能源局355號文件規(gui)定申(shen)報的(de)(de)太陽能熱(re)(re)發電(dian)示范工程必須采(cai)用熔(rong)(rong)鹽作為蓄熱(re)(re)介質(zhi)。

近年來利用(yong)熔鹽(yan)進行光熱(re)(re)發電(dian)(dian)取得較大進展，Solarsalt(60%NaNO3+40%KNO3）與(yu)Hitec(53%KNO3+40%NaNO2+7%NaNO3）是當前光熱(re)(re)電(dian)(dian)站中最普及的(de)兩種(zhong)熔鹽(yan)介質(zhi)，然而二者的(de)比熱(re)(re)值和導(dao)熱(re)(re)性能較低，影響了太(tai)陽(yang)(yang)能的(de)利用(yong)效(xiao)率。因此，構建具有高導(dao)熱(re)(re)和高蓄(xu)熱(re)(re)性能的(de)熔鹽(yan)體系，提高太(tai)陽(yang)(yang)能光熱(re)(re)發電(dian)(dian)的(de)利用(yong)率，具有深遠(yuan)的(de)意義與(yu)實用(yong)價值。

自1995年納(na)米流(liu)(liu)體(ti)強化傳熱(re)的(de)(de)技術被提出以后，國內外開(kai)展了眾多相關研究。與(yu)傳統材料(liao)(liao)相比，納(na)米材料(liao)(liao)具(ju)有常(chang)規宏觀(guan)材料(liao)(liao)所不具(ju)備的(de)(de)納(na)米效應(ying)，如：表(biao)面效應(ying)、量(liang)子(zi)尺寸效應(ying)、量(liang)子(zi)隧道效應(ying)等。所以在傳蓄(xu)熱(re)流(liu)(liu)體(ti)中(zhong)(zhong)添加納(na)米粒子(zi)，有望增強其傳熱(re)蓄(xu)熱(re)性(xing)能。將(jiang)納(na)米粒子(zi)引入熔鹽(yan)體(ti)系(xi)，尤其是硝酸熔鹽(yan)體(ti)系(xi)中(zhong)(zhong)，可顯(xian)著改善(shan)其傳熱(re)蓄(xu)熱(re)性(xing)能。目前常(chang)見的(de)(de)合成工(gong)藝主要為高溫混熔法(fa)和(he)超聲分散法(fa)：

1.高溫混熔法

當摻雜少劑量的納米(mi)粒子時，適(shi)(shi)(shi)合用(yong)該法進行制(zhi)備(bei)。高(gao)(gao)溫混熔法無(wu)需引入去離子水，制(zhi)備(bei)過程(cheng)相對簡單，更(geng)適(shi)(shi)(shi)用(yong)于工程(cheng)化大(da)規模應(ying)用(yong)。缺點是不(bu)適(shi)(shi)(shi)用(yong)于所有納米(mi)粒子，摻雜量不(bu)可(ke)過大(da)，需要納米(mi)粒子與熔鹽之間有良好的相容性，并且(qie)需要高(gao)(gao)溫設備(bei)，成本(ben)較高(gao)(gao)。

2.超聲分散法

當摻雜大(da)劑量的(de)納(na)米粒子(zi)時，適合用(yong)(yong)該法進(jin)行制(zhi)備(bei)。超(chao)聲(sheng)分散(san)法可引(yin)入大(da)劑量的(de)納(na)米粒子(zi)，適用(yong)(yong)于(yu)幾乎所有納(na)米流體的(de)制(zhi)備(bei)。缺點(dian)是制(zhi)備(bei)過程繁雜，需要引(yin)入大(da)量的(de)去(qu)離子(zi)水并(bing)蒸干，不適用(yong)(yong)于(yu)工(gong)程化大(da)規模應(ying)用(yong)(yong)。

發展(zhan)適用(yong)性廣、成(cheng)本較低、分散性好的制備工藝仍是未來(lai)研究工作中的重點。

作為硝酸熔鹽(yan)添加劑的納(na)米材(cai)料可(ke)分為以下幾類：

納米金屬粒子及其氧化物

本(ben)(ben)類納米材(cai)(cai)料制備技術日益(yi)成熟，易(yi)于對其進行不同(tong)結(jie)構的調控，并且原料易(yi)得、制備成本(ben)(ben)低，易(yi)于大規模生產。如表(biao)1（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所示(shi)，將納米金(jin)屬(shu)和金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物作為添加劑摻雜到儲能(neng)材(cai)(cai)料中，可有效改善材(cai)(cai)料傳(chuan)熱蓄熱性能(neng)。

碳納米材料

自1985年首次制得(de)富勒烯、1991年制得(de)碳納米(mi)管(guan)、2004年制得(de)石墨烯以來(lai)，碳納米(mi)材料(liao)(liao)領域迅猛(meng)發(fa)展(zhan)。碳納米(mi)材料(liao)(liao)獨特的(de)(de)微觀結(jie)構導(dao)致(zhi)其具有機(ji)械穩定性(xing)好、密度低、高(gao)(gao)(gao)(gao)導(dao)熱(re)(re)、高(gao)(gao)(gao)(gao)強度等特性(xing)。利用其優(you)異的(de)(de)熱(re)(re)學性(xing)能，使其與傳統材料(liao)(liao)復(fu)合，能大幅(fu)提高(gao)(gao)(gao)(gao)傳統材料(liao)(liao)的(de)(de)比熱(re)(re)或導(dao)熱(re)(re)系數，得(de)到(dao)高(gao)(gao)(gao)(gao)儲熱(re)(re)或高(gao)(gao)(gao)(gao)導(dao)熱(re)(re)性(xing)能的(de)(de)復(fu)合材料(liao)(liao)。如表2（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所示，將碳納米(mi)材料(liao)(liao)作為添加劑摻雜(za)到(dao)儲能材料(liao)(liao)中，可有效(xiao)改善(shan)材料(liao)(liao)傳熱(re)(re)蓄熱(re)(re)性(xing)能。

其他無機納米材料

除納米金屬、納米金屬氧化(hua)物和碳納米材料之外，其他(ta)(ta)在熔鹽改(gai)性(xing)中最(zui)為(wei)常見的(de)無(wu)機納米材料添加(jia)劑是SiO2，因(yin)其具有制備工藝成熟、粒徑可調控(kong)、成本(ben)低(di)等優勢，將其作為(wei)添加(jia)劑改(gai)善熔鹽熱(re)物性(xing)的(de)研究最(zui)為(wei)常見。如(ru)表3（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所示，一(yi)些其他(ta)(ta)無(wu)機納米材料也可明(ming)顯改(gai)善熔鹽材料的(de)傳蓄熱(re)性(xing)能(neng)。

雖然硝酸熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)已被廣泛應用于太陽能光熱(re)發電領域(yu)，但(dan)其傳熱(re)蓄(xu)熱(re)性(xing)能欠佳，利(li)用納米材(cai)料獨特的高導熱(re)性(xing)能，將其作為添加劑引入到(dao)硝酸熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)體系中，可大幅改善(shan)硝酸熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)的熱(re)性(xing)能。

眾多研究者向儲(chu)能熔鹽(yan)材料(liao)中引入納米(mi)金屬粒(li)子、納米(mi)金屬氧化(hua)物(wu)、納米(mi)碳材料(liao)等納米(mi)粒(li)子，所制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)復合材料(liao)熔點與分解溫(wen)(wen)度(du)變化(hua)不(bu)大，可維持合適的(de)(de)(de)應(ying)用溫(wen)(wen)度(du)范圍，而(er)比熱(re)(re)值或導(dao)熱(re)(re)系數得到了大幅提(ti)高，將其應(ying)用在CSP系統(tong)中，有望顯著提(ti)高傳(chuan)蓄熱(re)(re)工(gong)質的(de)(de)(de)能量密度(du)和傳(chuan)熱(re)(re)速率，促進熔鹽(yan)工(gong)質對太陽能的(de)(de)(de)吸收和熱(re)(re)量的(de)(de)(de)傳(chuan)遞，從而(er)提(ti)高太陽能光熱(re)(re)發電的(de)(de)(de)效率，推動CSP產業的(de)(de)(de)發展。