傳輸太陽能用PMMA/Ag泄漏型空芯光纖的制備與研究

【摘要】： 近幾十年來，太陽能利用技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進步，但是由于太陽能資源固有的低密度性和間歇性，太陽能的廣泛應(yīng)用一直受到很大制約。研究和開發(fā)高效傳輸太陽能的特種光纖，并使其能夠進行低損耗穩(wěn)定傳輸是進行太陽能應(yīng)用的趨勢。 本文著重設(shè)計并制備了PMMA／Ag泄漏型空芯光纖，并對其制備工藝進行了深入的研究。通過對電介質(zhì)／金屬泄漏型空芯光纖與金屬泄漏型空芯光纖傳輸特性的理論分析，選擇電介質(zhì)／金屬泄漏型空芯光纖作為傳輸太陽能的材料。 通過分析選擇石英玻璃基管作為制備空芯光纖的基管材料，內(nèi)徑為1.0mm。通過理論推導(dǎo)與分析認為：與其它的金屬材料相比，金屬銀的可見及近紅外反射率最高，因此金屬銀最適合用做制備空芯光纖的金屬薄膜層的材料；通過理論分析與比較幾種聚合物的性質(zhì)，確定選擇聚合物PMMA作為電介質(zhì)層材料；通過理論推導(dǎo)與計算確定了金屬與電介質(zhì)膜的最佳理論厚度，即銀膜為1.0μm，PMMA膜的厚度為54nm。 對銀薄膜的制備工藝及影響銀薄膜性能的因素如工藝設(shè)備、預(yù)處理過程、反應(yīng)條件等進行了研究。通過實驗研究了SnCl_2溶液的敏化效果及機理，對毛細管確定了較好的清洗工藝和合適的實驗參數(shù)，最終確定了合適的制備方案與工藝。合適的溫度為15～20℃，溶液的pH值為10.0，反應(yīng)時間為10～15min，銀薄膜反射率在波長為450nm以后達到了80％以上。在石英玻璃毛細管內(nèi)沉積銀薄膜時銀氨溶液與還原液的流速為10ml／min，制得的銀薄膜質(zhì)量較好。 對PMMA薄膜的制備工藝及影響因素如PMMA溶液的濃度、提拉速度、提拉次數(shù)等進行了研究，確定了合適的PMMA薄膜制備工藝，PMMA溶液濃度為0.25％，流速為6ml／min，反應(yīng)時間為20s。 對制備的PMMA／Ag泄漏型空芯光纖的傳輸性能進行測試和分析發(fā)現(xiàn)，該空芯光纖的損耗為4.14dB／m，其彎曲損耗比直傳損耗大，且隨著彎曲角度的增加，其損耗越來越大，這與電介質(zhì)／金屬型空芯波導(dǎo)的傳輸理論是一致的。同時，PMMA／Ag泄漏型空芯光纖的傳輸穩(wěn)定性較好，是一種有前景的高能傳能光纖或照明用光纖。 【關(guān)鍵詞】：太陽能傳輸 空芯光纖 銀膜 PMMA膜 復(fù)合薄膜
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 太陽能發(fā)展狀況9-11
• 1.2 光纖傳能的發(fā)展與研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 空芯光纖傳能的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 本文的研究目的和意義14-16
• 第2章 空芯光纖的傳輸原理和模型設(shè)計16-29
• 2.1 空芯光纖的傳輸原理16-21
• 2.1.1 金屬型空芯光纖的導(dǎo)光機理16-17
• 2.1.2 電介質(zhì)/金屬型空芯光纖的導(dǎo)光機理17-21
• 2.2 空芯光纖的模型設(shè)計21-28
• 2.2.1 空芯光纖的金屬膜層材料的選擇22-26
• 2.2.2 制備空芯光纖的電介質(zhì)層材料的選擇26-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 第3章 金屬銀膜的制備與測試分析29-42
• 3.1 基片的預(yù)處理29-30
• 3.1.1 玻璃基片的清洗29
• 3.1.2 玻璃基片的敏化29-30
• 3.2 銀膜的制備30-33
• 3.2.1 實驗原理30-31
• 3.2.2 實驗藥品31
• 3.2.3 實驗儀器31
• 3.2.4 實驗方案31-33
• 3.2.5 銀膜的清洗33
• 3.2.6 銀膜的干燥33
• 3.3 銀膜的測試分析33-40
• 3.3.1 基片的預(yù)處理對銀膜的影響34-36
• 3.3.2 制備工藝對銀膜的影響36-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 第4章 PMMA膜的制備與測試42-48
• 4.1 PMMA膜的制備42-43
• 4.1.1 PMMA的結(jié)構(gòu)與性能42
• 4.1.2 溶劑的選擇42-43
• 4.1.3 配制PMMA溶液43
• 4.1.4 制備PMMA涂層43
• 4.1.5 樣品的處理43
• 4.2 PMMA膜的測試分析43-47
• 4.2.1 提拉速度對膜層的影響44
• 4.2.2 提拉次數(shù)對膜層的影響44-45
• 4.2.3 PMMA濃度對膜層的影響45-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第5章 空芯光纖制造工藝與試驗研究48-62
• 5.1 實驗方案的確定48-51
• 5.1.1 基管材料的選擇48
• 5.1.2 基管材料內(nèi)徑的確定48-50
• 5.1.3 金屬銀膜厚度的確定50
• 5.1.4 PMMA電介質(zhì)膜厚度的確定50
• 5.1.5 空芯光纖最終實驗方案的確定50-51
• 5.2 空芯光纖的制備51-56
• 5.2.1 空芯光纖的清洗和敏化51-53
• 5.2.2 空芯光纖金屬銀膜的制備53-55
• 5.2.3 空芯光纖電介質(zhì)膜的制備55-56
• 5.3 空芯光纖的測試56-60
• 5.3.1 光源與光纖的耦合56-57
• 5.3.2 光纖損耗測試原理57-58
• 5.3.3 光纖損耗測試結(jié)果與分析58-60
• 5.4 傳輸穩(wěn)定性測試60
• 5.5 本章小結(jié)60-62
• 第6章 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68-69
• 附錄69

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