[发明专利]一种聚丙烯腈/硫化铜光热纳米纤维布及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种聚丙烯腈/硫化铜光热纳米纤维布及其制备和应用，以聚丙烯腈PAN纳米纤维为基体，硫化铜CuS纳米颗粒分布在聚丙烯腈PAN纳米纤维表面。制备：将含有铜盐的PAN纳米纤维布浸入硫源溶液中，进行硫化处理，烘干，即得。本发明将光热材料从溶液中延伸至固态纤维上，突破了光热材料使用的局限性，有望广泛地应用于新一代太阳能取暖设备以及新一代太阳能保暖服装等领域中。

技术领域

本发明属于光热纳米材料及其制备和应用领域，特别涉及一种聚丙烯腈/硫化铜光热纳米纤维布及其制备和应用。

背景技术

光热材料是一类能够直接将特定波段的光能转换为热能的新兴功能纳米材料。目前，光热材料主要被用作一种癌症治疗试剂，已得到广泛研究(Adv.Mater.2011,23,3542-3547；Adv.Mater.2013,25:2095-2100；Adv.Mater.2016,28:245-253.)。目前的光热材料主要有四大类:有机纳米材料、金属基纳米材料、碳基纳米材料、半导体纳米材料。其中，半导体光热纳米材料是一类新型光热材料，具有制备简单、价格低廉、易于功能化等优点。作为一种医用治疗试剂，光热材料常常需要被分散在水或生物质溶液中，这使得人们对于光热材料的研究和应用仅仅停留在光热纳米材料的溶液中，限制了其应用范围。

光热材料能够将光能直接转化为热能，其产生的热量如果能在现实生活中直接用来取暖，这将对新一代太阳能取暖设备而言具有巨大的潜在价值。然而，在溶液中的光热材料所能达到的温度有限，升温速度并不快，所产生的热量受限于溶液中，在日常生活中使用不便，难以得到普及和广泛的应用。因此，为了拓展光热材料的应用范围，需要将光热材料与其他形式的基体材料相结合，比如制备光热转换布，这能够将材料的光热转换性质从溶液状态拓展到固体基体上，使得光热材料的使用范围大大增加，对于光热材料在日常生活中的使用和推广，具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚丙烯腈/硫化铜光热纳米纤维布及其制备和应用，本发明合成方法简单，合成条件温和，价格低廉并且具有很宽光吸收范围，本发明通过将硫化铜纳米材料和通用聚合物纳米纤维相复合，制备出能够高效地将太阳光直接转换为热能的光热纳米纤维布，可用于室内取暖、军民两用户外露营设施、新型太阳能自产热保温服装等领域，节约冬季取暖所消耗的能源，提高环境舒适性，在新一代太阳能取暖设施中有较大应用前景。

本发明的一种聚丙烯腈/硫化铜光热纳米纤维布，所述光热纳米纤维布以聚丙烯腈PAN纳米纤维为基体，硫化铜CuS纳米颗粒分布在聚丙烯腈PAN纳米纤维表面。

本发明的一种聚丙烯腈/硫化铜光热纳米纤维布的制备方法，包括：

(1)将聚丙烯腈PAN加入有机溶剂中，搅拌溶解，得到PAN溶液，然后加入铜盐，得到静电纺丝原液，然后进行静电纺丝，得到含有铜盐的PAN纳米纤维布；

(2)将上述含有铜盐的PAN纳米纤维布浸入硫源溶液中，进行硫化处理，室温下冷却后取出烘干，得到聚丙烯腈/硫化铜光热纳米纤维布。

所述步骤(1)中聚丙烯腈PAN的平均分子量为150000；有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF。

所述步骤(1)中PAN溶液中PAN的质量百分浓度为5～12％。

所述步骤(1)中搅拌溶剂为60℃条件下，搅拌过夜溶解。

所述步骤(1)中铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、醋酸铜和乙酰丙酮铜Cu(C₅H₇O₂)₂中的一种或几种，静电纺丝原液中铜离子浓度为0.1～0.8mol/L。

所述步骤(1)中静电纺丝工艺参数为：电压10～25kV，溶液推进速度20～200μL/min，纺丝温度10～50℃，环境相对湿度20～60％，接收距离为15～30cm，铝箔收集纳米纤维。