[发明专利]近红外透明金属硫族化合物／碳纳米管复合柔性薄膜及制备方法

说明书

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种兼具柔性和红外透过性的金属硫族化合物/单壁碳纳米管复合薄膜材料的制备与结构设计方法。以兼具柔性和高红外透过性的单壁碳纳米管薄膜作为基底，与具有优异热电性能和红外透过性的金属硫族化合物复合而成。首先将SWCNT基底转移到预先处理的干净的支撑材料上，然后将支撑材料上的SWCNT放入手套箱中加热脱附氧气以及其他吸附在SWCNT上的杂质；待降到室温后，将脱附后的SWCNT放入高真空平衡磁控中，待磁控中气体压力在(4～8)×10^‑5Pa时开始加热，当温度为300～500℃时保温1～3h，通入高纯氩气，使平衡磁控溅射沉积腔体内气体压力维持在0.5～2Pa时，起辉制备具有红外透过性的柔性热电金属硫族化合物/单壁碳纳米管复合薄膜。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种兼具柔性和红外透过性的金属硫族化合物/单壁碳纳米管复合薄膜材料的制备与结构设计方法。该复合材料可应用于便携式可穿戴设备中发电，并且还能通过红外辐射散热的方式保证使用者对于温度的舒适性的要求。同时，还可以使墙体等建筑物在不消耗地球资源的情况下制冷。

背景技术

随着低功耗电子技术的不断发展，比如：芯片上的半导体和收音机等，为可穿戴设备提供利用电池以外的能源的机会。在可穿戴设备中，由于电池增加设备的体积和重量，从而降低设备的便携性，并且还需要插入式充电，这使得使用时有诸多的不便捷。虽然低功耗电子技术可以减少电池尺寸或提高电池两次充电之间的使用寿命，但人们更倾向使用直接从身体获取能量作为备用电源。因此，探索机械和热能收集在指导能源收集材料设计的研究引起社会各方面广泛的关注。热电材料作为一种温差发电材料，即当材料被放置在同时具有冷源和热源的环境下，便可以收集能量转化为电能向外输电。由于热电材料具有无毒、无噪音、无污染等特点，成为人体可穿戴设备备用电源的首选。但块体热电材料由于具有体积大、重量大，不具有柔性的缺点，很难严格贴合皮肤表面，充分利用温差，并且随着设备重复多次使用，反复弯曲不影响其寿命和发电量，因此柔性薄膜热电材料在便携式人体可穿戴能源收集材料的开发中很有前景。

然而，用于人身体上使用的能量收集包装设计还需要在满足便携、柔性、持续供电的基础上考虑设备对人体的舒适性。舒适性要求便携式人体可穿戴能源收集材料的使用不影响皮肤表面和周围空气的温差。但是由于内阻的存在，任何电源在使用过程中都会不可避免的产生余热，这些余热如果停留在皮肤表面不及时导走，会在很大程度上引起使用者的不适，这就要求可穿戴便携式电源在工作的同时具有散热的功能。而当今工业上使用的最普遍的个人舒适技术是湿排汗，将敏感的汗水从皮肤抽到材料的外表面，蒸发到周围空气中，从而被动地给穿着者降温。这项技术的缺点是，只有当穿戴者汗流浃背时，它才会被激活，从而使皮肤上的水分积聚起来。因此，吸湿散热不适合为久坐不动的人提供冷却。其他技术利用的是冷凝包装形式的相变材料，由于与水和其他制冷剂相关的熔融潜热较大，可以有效地从人体中吸收热量。然而，这项技术往往体积庞大，需要长期频繁更换冷包装，这使得这项技术对最终用户来说既不方便又昂贵，还有一些技术通过使用便携式空调或液体冷却提供主动冷却。这些系统的耗电甚至超过可穿戴便携式电源的发电量。为了克服这些局限性，本发明引入一种红外透明可见光不透明的概念，它利用人体天生的热辐射能力作为一个冷却散热机制，提供一个完全被动的手段冷却人体，不管用户的身体活动水平如何。

同时，利用天空冷却系统通过大气传输窗口向冷宇宙发射红外波长的透明红外热辐射，通过向外太空发射多余的热量而不需要电力，就能使地球上的物体降温。这与其他将废热排放到周围环境的冷却技术有很大的不同，而且在不消耗地球资源的情况下给物体降温，这种技术确实很有吸引力。然而，在实际应用中，辐射冷却的被动应用虽然具有系统简单的优点，但当不需要冷却时，特别是在冬季或夜间，可能会出现过度冷却；而且当被冷却物体需要更低的冷却温度时，被动辐射冷却无法满足。这就需要红外辐射制冷的材料在利用红外制冷的同时，也可以实现主动加热或者主动制冷以达到目标温度。