[发明专利]一种光热转换复合纳米碳纤维膜及其制备方法

说明书

本发明属于复合纤维材料领域，具体涉及一种光热转换复合纳米碳纤维膜及其制备方法，其制备方法包括：(1)对纺丝液进行静电纺丝得到纳米纤维薄膜；其中，纺丝液为聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或几种的液相分散体；(2)对纳米纤维薄膜进行热压处理，得到致密纺丝膜。(3)对致密纺丝膜进行碳化处理，得到光热转换复合纳米碳纤维膜。本发明制得的光热转换复合纳米碳纤维膜，具有多孔道运输水蒸气，利用光热转换复合纤维膜原子结构的变化以及薄膜不规整的内部结构，通过多次折射吸收太阳光，提高了光的吸收，使得光热转换效率大大提升。

技术领域

本发明属于复合纤维材料领域，具体涉及一种光热转换复合纳米碳纤维膜及其制备方法。

背景技术

水污染日益严重，人们对淡水资源的需求越来越紧迫，净化水是全球的重要问题之一。近年来，相比于传统的非再生资源，太阳能是一种可再生资源，合理利用太阳能已成为未来的发展趋势。太阳能在净化水上已经有了一定的应用，但仍存在着能源消耗大、效率低、成本高等不足。

在众多的净化水方式中，利用太阳能转换为热能是最方便、最环保的方式。光热转换材料是光热转换载体，光热转转化材料能够把较宽波长范围内的太阳光谱吸收和转换。理想的太阳能界面蒸发器应满足四个基本标准：优异的光热转换、最小的热损失、充足的水供应和快速的蒸汽逸出。其中，最重要的是光热转换效率。目前已经有很多光热转换剂的掺杂应用在光热转换材料上，现有主要的光热转换材料主要分为三大类：纳米金属材料、半导体材料以及碳基材料。

金属纳米结构的局域表面等离子体共振(LSPR)效应与粒子周围的形状、尺寸、介电涂层或介质以及组装状态密切相关。由于LSPR的性质，金属基等离子体纳米粒子通常只吸收一种或几种特定的波长，因此限制了它们的光热转换效率。

半导体材料在可见光区通常是不透明的，在红外区通常是半透明的。它们在可见光谱区的吸收是基于自由载流子的产生，这取决于半导体的带隙，然而一些金属半导体在近红外区有吸收，这被归因于间接带间跃迁或LSPR效应。半导体材料中的硫浓度比金属中的低得多；然而，它可以通过掺杂或通过引入空位而显著增加，这导致能带能量的偏移和/或带隙内能量状态的产生。自由载流子浓度的增加不仅增强了半导体的吸收，而且由于非辐射复合的高概率，还提高了光热转换效率。

相比于金属材料和半导体材料，碳基和聚合物基高分子材料则具有更为宽泛的光谱吸收范围和较高的吸收及转换能力，部分碳基材料还有较低成本、可大量获得等特点，如碳纳米管、石墨烯、炭黑和聚吡咯、聚多巴胺、聚苯胺等都是很好的光热材料。

然而，这些光热转换材料普遍存在着太阳能利用率低，光热转换效率低，生产成本高、有毒、回收率低等问题。现阶段光热转换剂的选择仍然是提高光热转换效率的主要原因，而利用材料本身结构提高光热转换效率的研究几乎没有。

本发明通过制备出一种光热转换复合纳米碳纤维膜，得到一种多孔道运输水蒸气，利用光热转换复合纳米碳纤维膜原子结构的变化、粗糙表面以及薄膜不规则的内部结构，当光照射到样品内部，经过在内部结构利的多重散射，捕获太阳光，提高了光的吸收、降低反射率，使得光热转换效率大大提升。这是由于碳化处理后的光热转换复合纳米碳纤维膜附加了表面的纹理结构，相应的表面温度上升。

所制备的光热转换复合纳米碳纤维膜具有微米大小的孔，具有优异的宽带吸收、低热容量和低热传导率，该光热转换复合纳米碳纤维膜最重要功能是微米级孔可以作为水传输通道，与高效光热转换的必要条件相一致。还因其低成本、可重用性、化学稳定性、便携性、耐用性和适合大规模生产的特性，在净化水方面具有良好的应用前景和社会意义，为人类研究净化水薄膜提供了一个好的研究方向。

发明内容

基于现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种光热转换复合纳米碳纤维膜及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种光热转换复合纳米碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：