[發明專利]一種納米石墨晶電介質復合薄膜結構及應用

在審

• 申請號: 201410723085.6
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104596137A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 劉涌;王慷慨;伍枝正;程波;宋晨路;韓高榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48;B32B9/00;B32B15/04;B32B37/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及太陽光譜選擇吸收領域，尤其涉及一種納米石墨晶電介質復合薄膜結構及應用。

背景技術

納米復合材料常具有優異光電特性，如表面等離子體共振，電致發光，電致變色等，這主要得益于其納米效應以及可調式的復合結構。其中，將納米金屬顆粒與電介質復合制備而成的金屬陶瓷便具有優異的吸收特性，納米金屬顆粒具有較高的電子密度，能夠引起局域表面等離子體共振來提高對光的吸收能力，且通過調整納米顆粒的尺寸以及電介質基體的光學參數便可以調制該復合材料的光譜吸收范圍。然而，由于納米金屬顆粒具有較高的化學活性與拙劣的高溫穩定性，金屬陶瓷在中高溫領域的應用受到了諸多限制，無法滿足一些關于耐久性方面的要求。而石墨作為一種具有金屬特性的非金屬材料，具有優良的電學性能，且化學穩定性優異，可替代金屬作為納米顆粒與電介質復合，使其既具有與金屬陶瓷類似的吸收特性，又具備優良的穩定性，成為一種十分具有潛力的新型復合材料。

太陽能光熱轉換材料是一種能夠充分吸收太陽光并將其高效轉換成熱能的新能源材料，而納米石墨晶/電介質復合薄膜結構優異的吸收特性與穩定性尤其適合于該領域的應用。將該復合薄膜與一低輻射率層串聯使用，復合薄膜朝向陽光，便可以使得該材料既具有高效的太陽光吸收能力，又具備較低的熱輻射率來減少熱輻射的損失以達到高效利用太陽能的目的。

發明內容

本發明的目的在于提出一種新型納米復合材料、該復合材料具有優異的光譜吸收特性和化學穩定性，并適用于太陽能光熱轉換領域。

一種納米石墨晶電介質復合薄膜結構，具有兩相復合的電介質基體和納米石墨晶粒，所述納米石墨晶粒的尺寸在3nm～20nm范圍內，在該尺寸范圍內的石墨晶會具有較強的吸收特性，主要源于其散射效應已經局域表面等離子體共振效應。

納米石墨晶粒均勻分布在復合薄膜中，且與電介質基體在納米尺度上進行復合，復合尺度在50nm以下，即在任意50nm范圍內都存在石墨晶和電介質的兩相復合，這種納米尺度的復合能有效提高其光電性能。

其中，所述的電介質為TiO2、SiO2或ZrO等。

該結構屬于薄膜材料，薄膜厚度應在100～1000nm范圍內，低于100nm的薄膜會因為光程過短無法對光進行充分吸收，而大于1000nm的薄膜會因為太厚而影響低輻射層的輻射率。

一種納米石墨晶電介質復合薄膜結構的應用，將所述的納米石墨晶電介質復合薄膜結構與低輻射率層串聯，使其同時具優異的太陽光吸收特性與較低的輻射性能，成為一種高效的太陽能能源材料，應用于太陽能選擇吸收領域。

其中，所述的低輻射率層為輻射率低于0.1的涂層或基底材料，輻射率越低，其吸收效率越高。

其中，所述的低輻射率層為金屬基板或金屬鍍層，如銅，不銹鋼，鋁，金，銀等。

本發明的納米石墨晶電介質復合薄膜結構，具有優異的光譜吸收特性和化學穩定性，該復合薄膜與一低輻射率層串聯使用，復合薄膜朝向陽光，便可以使得該材料既具有高效的太陽光吸收能力，又具備較低的熱輻射率來減少熱輻射的損失以達到高效利用太陽能的目的。

附圖說明

圖1為納米石墨晶電介質復合薄膜結構的結構圖；

圖2是納米石墨晶/TiO₂復合薄膜結構的TEM照片；

圖3是納米石墨晶的TEM晶格條紋；

圖4是納米石墨晶/TiO₂復合薄膜結構的斷面SEM照片；

圖5是該復合薄膜鍍在銅基板上的太陽光光譜吸收特性。

圖6是該復合薄膜鍍在銅基板上的紅外光譜特性。

具體實施方式

如圖1所示，一種納米石墨晶電介質復合薄膜結構，具有兩相復合的電介質基體和納米石墨晶粒，納米石墨晶粒的尺寸在3nm～20nm范圍內，電介質基體和納米石墨晶粒的復合尺度在50nm以下，且薄膜厚度在100～1000nm范圍內，常用的電介質為TiO2、SiO2或ZrO。

將上述的納米石墨晶電介質復合薄膜結構與低輻射率層(輻射率低于0.1)串聯，使其同時具優異的太陽光吸收特性與較低的輻射性能，成為一種高效的太陽能能源材料，應用于太陽能選擇吸收領域。

以制備一種納米石墨晶與電介質二氧化鈦的復合薄膜為例，并鍍于具有低輻射性能的銅基板上，具體方法如下：

1)將鈦酸四丁酯和乙酰丙酮攪拌均勻，乙酰丙酮與鈦酸四丁酯的摩爾比為2，獲得A溶液；