目前的太陽能利用技術，如光伏發電技術、光熱發電技術，以及光化學發電技術，對於太陽能的利用效率有限。隨著奈米材料和技術的發展，奈米顆粒由於其獨特的光學和熱學效能被廣泛用於醫學檢測、光學成像、太陽能電池，尤其是基於奈米顆粒奈米流體的光熱轉換［。光與奈米顆粒的相互作用，可以透過麥克斯韋方程進行描述。1908年，Mie［提出瞭解釋區域性等離子體共振現象的Mie理論。得到了極座標下球形奈米顆粒的麥克斯韋方程的解析解。但對於複雜形狀及形貌的粒子，一般只能用數值方法求解麥克斯韋方程組，如有限元法（FEM）、嚴格耦合波近似理論（RCWA）、離散偶極近似法（DDA）和時域有限差分（FDTD）等。
01
金屬奈米顆粒
當入射光子頻率與顆粒表面的自由電子的振動頻率相匹配時，奈米顆粒會對光子產生很強的吸收作用，發生區域性表面等離子共振現象。
對於金屬奈米粒子，Kim等人基於FDTD數值方法研究了Ag奈米顆粒的太陽能吸收光譜以及奈米顆粒周圍的電場分佈，發現Ag奈米顆粒放置於不同基體上其發生等離子共振波長會發生變化，隨著基體折射率的增加，吸收光譜會產生一定的紅移。
Yao等人利用FDTD方法模擬了Au奈米粒子載入到TiO2襯底上的光吸收特性。Holm［51］和Chen等人［52］理論研究了懸浮在水中的金屬奈米顆粒（金，銀，鋁和銅）組成的奈米流體的吸收和散射特性。發現金屬顆粒的形狀、尺寸以及周圍環境的介電常數等因素均會影響奈米粒子與太陽光相互作用的等離子共振波長和頻寬。
Chen等人並從實驗的角度探究了顆粒粒徑對金奈米流體在直接吸收太陽能集熱器光熱轉換過程的影響。結果表明，與H2O相比，Au奈米流體的光熱轉換效率提高了20%左右。
其又進一步研究得到在不同濾光條件下Au奈米流體與基液流體之間的溫差小於全太陽光譜照射的溫差。它們之間的最大溫差來自500nm的入射光波長。
02
其他奈米顆粒
對於非金屬奈米顆粒，除了一些黑體奈米粒子外，大多與其他金屬奈米粒子形成複合奈米結構，進一步提高對太陽能的捕獲和吸收能力。
Wang等人使用FDTD數值方法研究了碳-金核殼奈米粒子分散在液態水中的光吸收特性，發現與單一體系的C或Au球和Au殼相比，當半徑大於40nm時，C-Au核殼結構的共振吸收峰和頻寬都得到改善。
而Wang 等人進行了核殼型銅/石墨烯奈米流體的數值模擬研究，結果表明，Cu /石墨烯核殼奈米流體顯示出優異的光熱轉換效能。
Zakharko等人首次將等離子體奈米Ag / SiNx襯底與SiC奈米顆粒結合，很大程度上增強奈米顆粒的非線性光學響應，提高了其散射效率。
Fredriksson等人基於FDTD方法研究發現石墨奈米結構的光譜吸收峰隨著尺寸的增加而產生一定的紅移現象，吸收峰的強度隨著奈米結構高度的增加而增加，而顆粒直徑增加會降低奈米結構的太陽能吸收效率。近些年來，又有很多研究者設計並製備了新型的複合奈米結構，均表現出了優異的光學特性。
Rahman等人透過化學還原法在矽球表面裝飾了小尺寸的銀奈米顆粒，研究發現這一新型結構使得蒸汽發生效率可高達63。82%。
Liu等人研究了非對稱的核殼奈米顆粒的光光吸收特性，發現與傳統核殼奈米流體相比，太陽能熱轉換效率可提高10。8％。
Zeng等人研究了磁性奈米粒子Fe3O4表面裝飾TiN奈米顆粒，製備的奈米流體可以實現入射太陽能的全譜吸收。
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