[发明专利]一种气凝胶、制备方法及其用作太阳能蒸发器的应用

权利要求书

1.一种气凝胶的制备方法，其特征在于：所述气凝胶由水供给层和光吸收层构成，所述水供给层的制备原料包括聚合反应单体、化学交联剂和光引发剂，所述水供给层由以下步骤制备：

步骤（1）、在分散介质中加入所述制备原料，在避光条件下搅拌均匀直至所述制备原料完全溶解，得到透明的丙烯酰胺前驱液，其中，所述分散介质为水，所述聚合反应单体为丙烯酰胺，所述化学交联剂为亚甲基双丙烯酰胺，所述光引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐；

步骤（2）、将所述步骤（1）得到透明的丙烯酰胺前驱液注入具有径向温度梯度的高长径比的径向冷冻装置进行径向冷冻形成冰晶，冰晶沿温度梯度方向生长，且冰晶生长过程会将溶液中的溶质挤出得到未交联的溶质孔壁，待所述透明的丙烯酰胺前驱液完全冰冻后，得到径向冰晶结构的冷冻样，并将冷冻样脱模并置于低温环境；

步骤（3）、将所述步骤（2）得到的冷冻样进行低温紫外辐射交联，待冷冻样交联完全后，将径向结构保留下来；

步骤（4）、将所述步骤（3）交联完全的冷冻样进行冷冻干燥，从而获得未处理的径向分级多孔结构的聚丙烯酰胺气凝胶，所述未处理的径向分级多孔结构的聚丙烯酰胺气凝胶再通过预溶胀和再次冷冻干燥的预处理方法降低吸湿溶胀，从而得到高长径比的径向分级多孔结构的聚丙烯酰胺气凝胶，即得到所述水供给层；

所述光吸收层的制备原料包括聚合反应单体、化学交联剂和光引发剂，所述光吸收层由以下步骤制备：

步骤（1）、在分散介质中加入原料，在避光条件下搅拌直至完全溶解，得到透明的丙烯酰胺前驱液；其中，所述原料包括聚合反应单体、化学交联剂和光引发剂，所述聚合反应单体为丙烯酰胺，所述化学交联剂为亚甲基双丙烯酰胺，所述光引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐；

步骤（2）、将所述步骤（1）得到透明的丙烯酰胺前驱液注入方形塑料培养皿内，置于-90℃冷阱，进行无序冷冻，待透明的丙烯酰胺前驱液完全冰冻后，得到无序冰晶结构的冷冻样，并将冷冻样脱模并置于低温环境；

步骤（3）、将所述步骤（2）中置于低温环境的冷冻样进行低温紫外辐射交联，待冷冻样交联完全后，将无序分级多孔结构保留下来；

步骤（4）、将所述步骤（3）交联完全的冷冻样进行冷冻干燥，从而获得无序分级多孔结构的聚丙烯酰胺气凝胶；

步骤（5）、配置分散均匀的碳纳米管溶液，并在碳纳米管溶液添加表面活性剂，其中碳纳米管的浓度为3mg/ml，表面活性剂的浓度为碳纳米管的两倍，然后通过超声的方法使碳纳米管溶液与表面活性剂分散均匀；

步骤（6）将所述步骤（4）得到的无序分级多孔结构的聚丙烯酰胺气凝胶浸没于分散良好的碳纳米管溶液，然后取出，去离子水冲洗三次，去除残留碳纳米管，再冷冻干燥，从而得到无序分级多孔结构的大面积聚丙烯酰胺-碳纳米管气凝胶，即制得所述光吸收层。

2.根据权利要求1所述的一种气凝胶的制备方法，其特征在于：所述冷冻装置为通过铜管垂直浸入低温乙醇浴，其中，所述低温乙醇浴温度在0℃至-120℃范围内可控。

3.根据权利要求1所述的一种气凝胶的制备方法，其特征在于：所述低温紫外辐射交联包括紫外灯光照和低温环境，其中，紫外灯紫外波长为365nm，循环交替的方式进行紫外光照，以避免还未交联完全就融化冷冻样，所述紫外灯紫外光照时间为6小时以确保交联完全。

4.根据权利要求1所述制备方法制备得到的气凝胶，其特征在于：所述气凝胶由水供给层和光吸收层构成，其中，所述水供给层包括用作运输水的高长径比的径向分级多孔结构的聚丙烯酰胺气凝胶，所述光吸收层包括用作蒸发水的无序分级多孔结构的聚丙烯酰胺-碳纳米管复合气凝胶。

5.根据权利要求4所述的一种气凝胶，其特征在于：所述高长径比的径向分级多孔结构的聚丙烯酰胺气凝胶具有毫米级别的径向发散通道、微米级别的褶皱和孔壁处形成的微孔以及纳米级别的分子网络的分级多孔结构，其中，所述毫米级别的径向发散通道的分级多孔结构、所述微米级别的褶皱和孔壁处形成的微孔的分级多孔结构以及纳米级别的分子网络的分级多孔结构组成了毛细通道。