dc.contributor.advisor | Boström, Tobias | |
dc.contributor.author | Chen, Zhonghua | |
dc.date.accessioned | 2016-11-16T08:47:59Z | |
dc.date.available | 2016-11-16T08:47:59Z | |
dc.date.issued | 2016-10-04 | |
dc.description.abstract | The main objectives of this work were to investigate a) the feasibility of depositing multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) homogeneously on metal substrates by electrophoresis and b) the performance of MWCNT coatings as spectrally selective absorbers. Stable aqueous MWCNT suspensions were prepared and employed in electrophoretic deposition (EPD) of MWCNT coatings on aluminum substrates. The surface morphologies of MWCNT coatings were examined. Spectral reflectance of the MWCNT absorbers was measured to assess their spectral selectivity. Accelerated ageing tests on the MWCNT absorbers were carried out in order to evaluate long-term durability.
The deposited MWCNT coatings are homogeneous and exhibit good spectral selectivity combined with the underlying aluminum substrate. The best MWCNT absorber spectral selectivity achieved was a solar absorptance of 0.90 and a thermal emittance of 0.13 which are slightly under par with the performance of currently available commercial absorber products. Accelerated ageing tests revealed that MWCNT absorbers had an excellent thermal stability however it was not resistant to damage from condensation. Therefore, silica/silica-titania thin films were coated on top of the MWCNT coating as a protective layer. The protective films had little impact on the spectral selectivity of MWCNT absorbers and improved the long-term durability significantly. After 600 hours of testing, the performance criterion (PC) value was lower than 0.015, which confirms that the MWCNT absorbers coated with protective films can be qualified according to ISO 22975-3. | en_US |
dc.description.doctoraltype | ph.d. | en_US |
dc.description.popularabstract | Det årlige potensialet for solenergi som kan høstes på Jorden er minst hundre ganger større enn verdens energibehov. Men foreløpig stammer bare en liten del av det globale energiforbruket fra solenergi. Energi til oppvarming står for snaue halvparten av verdens samlede energiforbruk i 2014. Det finnes et stort potensial for solfangere som utnytter solstråling for å generere varme eller elektrisitet for bolig- og industriformål. Selv om solvarme har vært en av de mest effektive metodene for å utnytte solenergi er prisen på solvarmesystemer fortsatt høy. Ytterligere forbedringer i solvarmeteknologi er derfor avgjørende for å redusere produksjonskostnadene og negative virkninger på miljøet fra produksjonsprosessen.
En solabsorbator, absorberer og omdanner solstråling til termisk energi i en solfanger. En ideell solabsorbator har 100% solabsorptans og 0% termisk emittans. Virkningsgraden til en solabsorbator er avhengig av de optiske egenskapene til overflaten av absorbatoren. Denne oppgaven har fokusert på forskning på en ny type solabsorbator ved bruk av et karbonnanorør (CNT) belegg som dannes ved elektroforese. Problemstillinger som har blitt tatt for seg er blant annet: kan CNTs homogent avsettes på metallunderlaget ved elektroforese? Kan CNT belegg forbedre absorpsjon av solenergi? Er en CNT absorbator holdbar? Hvis ikke, hvordan kan det bli bedre?
Forskjellige typer av CNT ble testet. Tynne filmer av CNT ble belagt på aluminiumsubstrat ved elektroforese. De fabrikkerte CNT solabsorbatorene viste god virkningsgrad, noe som indikerer at CNT er en potensiell kandidat for bruk som absorbator i solfangere. Den beste CNT absorbatoren oppnådde en solabsorptans på 90% og en termisk emittans på 13%. CNT beleggtykkelsen var bare noen få hundre nanometer.
Motstandsdyktighet og holdbarhet av den nye absorbatoren ble testet ved akselererte aldringstester basert på den internasjonale standarden ISO 22975-3. To varianter ble utført, en ved høy temperatur og en kondenseringstest. Akselerert aldringtester viste at CNT solabsorbator med bare CNT belegg har en utmerket termisk stabilitet. Imidlertid kunne absorbatoren ikke motstå inntrenging av kondensvann som påvirker oksidasjon av det underliggende aluminiumsubstratet.
For å forbedre holdbarheten av CNT absorbatoren, ble det belagt tynne filmer av silisiumdioksyd og silisiumdioksyd-titanoksyd på overflaten av CNT absorbatoren. Forsøkene viste svært lovende resultater. Kondenstester med bruk av de beskyttende filmene viste meget liten påvirkning på solabsorptans og termisk emittans. Alle CNT solabsorbatorer med de beskyttende filmene ble kvalifisert i akselerert aldringtester i henhold til den internasjonale standarden ISO 22975-3.
Dette arbeidet har gitt en ny tilnærming til produksjon av solabsorbatorer med høy virkningsgrad. Produksjonsmetoden er enkel, svært rask, billig, miljøvennlig og konkurransedyktig til eksisterende alternativer. | en_US |
dc.description.sponsorship | Nano2021 program of the Research Council of Norway and ASV Solar AS | en_US |
dc.description | The paper III of this thesis is not available in Munin. <br>
Paper III: Chen, Z., Nguyen, Q. H., Boström, T.: “Carbon Nanotube Spectrally Selective Solar Absorbers”. Available in <a href=http://dx.doi.org/10.18086/eurosun.2014.03.05> Eurosun Conference Proceedings 2014. </a> | en_US |
dc.identifier.isbn | 978-82-8236-228-3 (trykt) og 978-82-8236-229-0 (pdf) | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10037/9971 | |
dc.language.iso | eng | en_US |
dc.publisher | UiT Norges arktiske universitet | en_US |
dc.publisher | UiT The Arctic University of Norway | en_US |
dc.rights.accessRights | openAccess | en_US |
dc.rights.holder | Copyright 2016 The Author(s) | |
dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0 | en_US |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-NC-SA 3.0) | en_US |
dc.subject | VDP::Teknologi: 500::Nanoteknologi: 630 | en_US |
dc.subject | VDP::Technology: 500::Nanotechnology: 630 | en_US |
dc.title | Carbon Nanotube Spectrally Selective Solar Thermal Absorbers | en_US |
dc.type | Doctoral thesis | en_US |
dc.type | Doktorgradsavhandling | en_US |