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用咖啡製作的低成本膠體太陽能加熱器

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科技產業資訊室 - 王宣智 發表於 2019年4月3日

圖、用咖啡製作的低成本膠體太陽能加熱器
 
目前將太陽能轉換成熱能的裝置,主要依賴間接方式將太陽能轉換為熱能,其中效率常因為熱對流的過程,讓部分的讓能散失到周遭環境中,導致其光熱的轉換效率不佳。若能夠讓流體成為光能的接收器與熱載體,則能夠減少後續因為熱交換過程中的熱量損失。義大利國家光學研究所設計出一種咖啡製成的膠體的廉價膠體,可直接接吸收太陽能,解決間接光熱轉換過程熱量損失的問題,研究成果已發表在 Scientific Reports 期刊。
 
先前的研究人員透過印度油墨形成的黑色流體,形成碳基的奈米膠體,已經可以直接吸收太陽光,但是可惜的是奈米膠體本身具有毒性,且對環境有害。雖然如此,先前的研究已證實,合理的膠體設計將讓膠體具有將太陽能轉換為熱的能力。
 
研究人員設計的新式膠體取材自生活中易取得、且對於環境影響低的材料。膠體由蒸鎦水、阿拉比卡咖啡、甘油和硫酸銅組成,其中咖啡是透過摩卡壺(moka)製作。在實驗過程中,研究人員透過掃描式電子顯微鏡確定水溶液中的咖啡顆粒懸浮濃度,然後將甘油添加至咖啡水溶液中降低液體的冰點,讓膠體溶液可在用於寒冷的氣候。最後,研究人員在膠體中添加硫酸銅,避免液體中滋生藻類或黴菌。研究人員測試了五種不同咖啡懸浮濃度的膠體,膠體在長達六個月的測試時間呈現穩定的狀況。其中,咖啡濃度高的膠體,具有較佳的光吸收能力,而膠體的流動速度不影響光吸收能力。
 
研究人員製作的咖啡膠體的光熱轉換裝置,可通過3D列印技術直接製作,具經過六個月的測試,仍能穩定運作。研究成果將提供一種廉價的光熱轉換方案,可應用於如海水淡化、生活用水加熱等。(632字;圖1)


參考資料:
Coffee-based colloids for direct solar absorption. Phys.org,2019/3/22


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