[發(fā)明專利]一種具有卷筒狀結(jié)構(gòu)的高效光熱轉(zhuǎn)化材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN110240213B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江河清;王玉超;焦成麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎;周秀梅

本發(fā)明屬于環(huán)境能源應(yīng)用領(lǐng)域，涉及高效光熱轉(zhuǎn)化材料及其制備，具體的說是一種具有宏觀可控形貌卷筒狀結(jié)構(gòu)的高效光熱轉(zhuǎn)化材料及其制備方法和應(yīng)用。光熱材料為經(jīng)修飾并卷曲所得三維光熱材料。光熱轉(zhuǎn)化卷筒以具有空隙結(jié)構(gòu)的基底與功能光熱聚合物構(gòu)成，具有宏觀錐形或圓柱性空心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的光熱卷筒極大促進(jìn)水的蒸發(fā)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境能源應(yīng)用領(lǐng)域，涉及高效光熱轉(zhuǎn)化材料及其制備，具體的說是一種具有宏觀可控形貌卷筒狀結(jié)構(gòu)的高效光熱轉(zhuǎn)化材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

光驅(qū)動(dòng)的水蒸發(fā)過程在制備清潔淡水領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，對于緩解淡水資源短缺方面具有重要意義。然而，在自然蒸發(fā)條件下，光的利用率較低，實(shí)際蒸發(fā)速率緩慢，難以滿足規(guī)模化淡水生產(chǎn)的需求。因此，在實(shí)際生活中，基于光驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)制備清潔淡水往往作為應(yīng)急手段應(yīng)用在諸如海難、野外求生，或欠發(fā)達(dá)地區(qū)個(gè)人生存等環(huán)境。近年來，研究人員嘗試將具有良好光吸收及光轉(zhuǎn)化(熱)能力的光熱轉(zhuǎn)化材料應(yīng)用到光驅(qū)動(dòng)的水蒸發(fā)體系中，以提高水的蒸發(fā)速率。以石墨烯、碳納米管為主的碳材料，以及金屬納米顆粒等新興功能材料被廣泛應(yīng)用到光熱轉(zhuǎn)化過程當(dāng)中(Yoshikazu Ito,Yoichi Tanabe,Jiuhui Han,Takeshi Fujita,Katsumi Tanigaki,Mingwei Chen,Advanced Materials，2015，27，4302；王賢保，王剛，付洋，梅濤，李金華，王建穎，一種還原氧化石墨烯/聚氨酯納米復(fù)合泡沫及其制備方法和應(yīng)用，專利公開號：CN107022056A；鄧濤，尚文，陶鵬，劉洋，婁金偉，宋成軼，鄔劍波，一種多功能納米復(fù)合污水凈化薄膜及其制備方法與應(yīng)用，專利公開號：CN105854627A)。在研究中發(fā)現(xiàn)，具有可控微結(jié)構(gòu)的粗糙表面能夠有效降低對光的漫反射率，實(shí)現(xiàn)太陽光全波段的有效吸收，有利于實(shí)現(xiàn)高效的水蒸發(fā)。

然而，表面微結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方式往往較為復(fù)雜，制備過程繁瑣，且需要借助光刻機(jī)、冷凍干燥機(jī)等特殊設(shè)備或復(fù)雜手段輔助完成，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)，制備得到的表面微結(jié)構(gòu)自身機(jī)械性能較差，容易在實(shí)際應(yīng)用中被腐蝕破壞，從而造成光捕獲性能的嚴(yán)重降低。這種基于微觀尺度的調(diào)控手段，一方面增加了材料制備難度及成本，另一方面難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的應(yīng)用，制約了光熱轉(zhuǎn)化材料的性能的提升和在實(shí)際促水蒸發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用。而通過簡單沉積的方式得到的平面膜，如石墨烯、碳納米管膜，其難以附著在基底表面，且表面漫反射率較高。表面形貌受基底直接影響，難以拓展到其他基底材料體系，應(yīng)用受到進(jìn)一步制約。因此，改變傳統(tǒng)平面膜的束縛，通過有效的宏觀形貌調(diào)控實(shí)現(xiàn)高效的光捕獲，是設(shè)計(jì)開發(fā)高效光熱轉(zhuǎn)化材料的關(guān)鍵問題(Le Shi,Yuchao Wang,Lianbin Zhang，Peng Wang，Journal of Materials Chemistry，2017，5，16212；王賢保，付洋，王剛，一種還原氧化石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用，專利公開號：CN106865528A)。對于材料在促進(jìn)水蒸發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有宏觀可控形貌卷筒狀結(jié)構(gòu)的高效光熱轉(zhuǎn)化材料及其制備方法和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有卷筒狀結(jié)構(gòu)的高效光熱轉(zhuǎn)化材料，光熱材料為經(jīng)修飾并卷曲所得三維光熱材料；其，材料表面修飾的功能光熱聚合物可實(shí)現(xiàn)光到熱的轉(zhuǎn)化。

所述光熱材料為基底經(jīng)功能光熱聚合物表面修飾，經(jīng)機(jī)械加工手段彎曲為空心錐形或圓筒狀的三維光熱材料；優(yōu)選為彎曲為空心錐形的三維光熱材料。

所述彎曲為空心錐形的三維光熱材料，其縱向截面扇形的圓心角為80°—330°。

所述彎曲為空心錐形的三維光熱材料縱向截面扇形的圓心角為100°—220°。

所述彎曲為空心錐形的三維光熱材料縱向截面扇形的圓心角為100°—180°。