[发明专利]一种太阳能光热转换复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光热转换复合薄膜及其制备方法，该复合薄膜是以纤维素薄膜为基底，以具有近红外吸收的半导体纳米材料为光热转换材料，通过溶剂热法将光热转换材料原位生长在纤维素薄膜表面制备而成。本发明太阳能光热转换复合薄膜具有粗糙的多孔表面，可以通过多重散射实现对入射光的高吸收，同时半导体光热转换纳米颗粒均匀分散在纤维素薄膜表面，避免发生大规模团聚，与半导体块材相比，具有高效的太阳能光热转换性能。本发明所使用的纤维素基底薄膜来源广泛，光热转换纳米颗粒成本适中，复合薄膜制备方法简单，在一般化学实验室均能制得，易于推广，本方法制备的太阳能光热转换复合薄膜在海水淡化、杀菌等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种薄膜材料及其制备方法，具体地说是一种具有太阳能光热转换性能的复合薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着经济的发展，全球能源需求剧增，能源短缺问题越来越严峻，而能源作为现代经济的重要支撑，是人类社会赖以生存和发展的重要基础，在促进经济社会发展的进程中占据重要的地位。面临突出的能源短缺问题，如何有效使用取之不尽、用之不竭的清洁能源——太阳能，是解决能源问题的有效手段之一，而且同时由于太阳能的环保、清洁及可再生，避免了对环境的污染。因此，在当前对环境保护日益严格的情况下，太阳能的利用具有特别重要的意义。

地球上的能源主要来自于太阳能，对太阳能的高效利用和转化是解决能源问题的一条有效途径。太阳能可以转化为电能，如太阳能电池；可以转化为化学能，如光合作用；也可以转化为热能，如太阳能热水器。相比之下，将太阳能转变为热能是最简单、最直接和最有效的利用途径，而且可利用的材料多种多样。同时，在所有的能源使用形式中，热能是使用最广泛的。在各种能源的使用过程中，多数都是通过热能转换的途径来满足人们需求。

然而，由于太阳能是一种低品位热，有效利用太阳能能源不是一件容易的事情。太阳能功能材料拥有良好的应用前景，而优秀的光热转换材料将有利于实现能源的有效利用和对环境的保护。光热转换材料是一类能将光能转化为热能的材料，它们的能量转换效率高，加工和制备过程简便，在淡水处理、光热治疗等领域具有重要的应用前景，近年来受到越来越多的关注。目前，研究最为广泛的光热转换材料主要有4 类，分别是贵金属、有机聚合物、碳基纳米材料和半导体化合物。贵金属材料主要有金、钯、银等纳米材料，成本较高。有机化合物光热转换材料常用于增强激光光热治疗效果，主要有有机染料，导电聚合物和多巴胺－黑色素等纳米材料，但是容易分解。碳基纳米材料主要分为石墨烯类纳米光热材料和碳纳米管类光热材料，制备较为复杂。而半导体化合物具有成本低廉、稳定性好、制备简单、形貌可调、易于功能化等优点，成为研究者广泛关注和研究的一类光热转换材料。当前纳米半导体光热转换材料主要有硫属铜基化合物和钨氧化物半导体类光热转换材料。

目前市场上的纤维素薄膜具有高的孔隙率、优异的机械性能和良好的化学反应活性。其合成过程简单，可大规模制备，而且对环境友好。通过预处理，利用溶剂热法在纤维素薄膜表面生长半导体光热转换纳米颗粒，由于纳米尺寸效应，可以实现比光热转换块体材料更高的光热转换效率，并且相对于纳米粉体，这种光热转换复合薄膜更易制成器件，实现实际应用。同时，纤维素-光热转换纳米粒子复合薄膜具有粗糙的多孔表面，可以通过多重散射实现对入射光的高吸收，进而实现高效的太阳能光热转换。

发明内容

本发明的目的是为了高效使用太阳能这种低品位热，提供了一种纤维素光热转换复合薄膜及其制备方法，利用溶剂热法在纤维素薄膜表面生长了具有太阳能光热转换作用的半导体硫化铜纳米颗粒，得到的复合薄膜可以直接用于高效的太阳能光热转换及其他光热领域。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明太阳能光热转换复合薄膜，其特征在于：所述光热转换复合薄膜是在纤维素薄膜的表面原位生长半导体类光热转换材料得到的；在所述复合薄膜中，纤维素薄膜作为基底材料，半导体类光热转换材料通过吸收特定太阳能光谱，将光能转换为热能。

所述光热转换材料为半导体类光热转换材料。