CN103694877A - 纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜及其制备和喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜及其制备和喷涂方法。复合膜由聚苯胺纳米纤维、树脂、固化剂、流平剂、分散剂、有机溶剂组成，制备和喷涂方法包括混合有机溶剂的配制、树脂溶液的配制、纳米材料的分散、吸收复合膜涂料的配制、喷涂方法。太阳能吸收复合膜能够全频带高效率吸收太阳能并将其转换，吸收频带范围220～15000nm。吸收率0.96～0.98，发射率0.10，功率吸收率456W/m²。对近红外光、中红外光、远红外光，可见光、紫外光吸收率均大于0.96，可全波段将其转换成其它能量。具有吸收效率高，频带宽，比发射率低，重量轻，成本低，减少环境污染，制作工艺简单，广泛用于太阳能能量密度吸收膜。

Description

纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜及其制备和喷涂方法

技术领域

本发明涉及太阳能吸收膜，具体涉及纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜及其制备和喷涂方法。

背景技术

太阳以1.4kw/m²的密度向地球辐射能量，太阳为人类提供了取之不尽、用之不竭的清洁能源，太阳能的利用技术是21世纪新能源发展的方向。研制高效太阳能吸收和能量转换材料将成为太阳能利用技术的关键和技术的制高点。

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。然而由于其到达地球后的能量密度比较低，给大规模的开发利用带来一定的困难，这就决定了将太阳能直接用于日常生活和工业生产之前，必须提高其能量密度。太阳能选择性吸收涂层对可见光的吸收率很高，而自身的红外辐射率却很低，能够把能量密度较低的太阳能转换成高能量密度的热能，对太阳能起到富集的作用。因此，制备高效的太阳能选择性吸收涂层是太阳能热利用中的关键技术,对提高集热器效率至关重要。

国内外发展情况

美国国家可再生能源实验室(NREL)将合适的金属和介质(如：W、Au、Pd、Pt、MnO、Ti02等)混合，制备出性能优良的多重抗反射金属陶瓷薄膜，并采用理论模拟的方法研制出太阳能选择性吸收薄膜，在400℃时，其吸收率α达到0.959，发射率ε为0.061，该种薄膜可以满足高温蒸汽下稳定工作的要求。

以色列太阳能公司Solel研制了以Al₂O₃为基底、结合减反膜、抗发射薄膜的新型全真空集热管，其薄膜在400℃时，吸收率α达到0.96，发射率ε为0.1，且在高温的热湿空气下性能稳定，为槽式线聚焦太阳能热发电系统提高其高温吸收薄膜的性能、系统集热效率和降低发电成本提供了新途径。

澳大利亚悉尼大学Zhang Q C和Mi11s D R等人研制了以AlN为陶瓷基底的金属陶瓷薄膜。AlN原子间以共价键结合，具有高的熔点，良好的化学稳定性和高的导热率，同时其热膨胀系数与硅相近，又具有低介电常数与介电损耗等性能。因此该薄膜具有良好的热稳定性，其中W-AlN金属陶瓷薄膜工作温度可达500℃，可满足中高温光热发电需求。

LUZ公司研究了一种以Mo和Al2O3为材料的新型太阳能选择性吸收薄膜。整个工艺采用7靶共溅射(3个Mo靶和4个Al2O3靶)，膜沉积在4m长的不锈钢管上，钢管位于真空室中央。该膜层在350℃时，吸收率α为0.96，发射率ε为0.16。以该膜制成的集热管已用于太阳能发电系统(SEGS)中高倍聚焦的真空集热器中。1984-1991年，该公司已在美国南加利福尼亚建立了9座这种类型的太阳能热发电站，总发电容量为354MW。

慕尼黑大学Scholkopt采用电子束蒸发方法在金属条带上连续沉积TiNx，吸收率α为0.95，发射率ε为0.05(100℃)。其可在375℃时稳定工作，250℃下的光热转换效率达到50%。由于其镀膜工艺具有连续化、低成本的特点，可组建薄膜生产线进行大规模生产，实现了薄膜镀制技术质的飞跃。

改革开放以来，新型薄膜技术从国外开始流入我国，我国的薄膜技术在过去的30年中取得了巨大的发展。

北京市太阳能研究所采用磁控溅射方法制备了AlNxOy太阳能选择性吸收涂层。该涂层应用于真空环境，80℃下，发射率ε为0.09，320℃环境下，发射率ε为0.136。同年还制备了氮化钛太阳能选择性吸收薄膜，该薄膜采用真空磁控溅射离子束镀膜，在氩气和氮气的混合气体中把金属钛溅射沉积到经光亮处理的衬底上制成。1992年，郭信章等人将AlNxOy进一步改进，以纯铝为靶材，制备AlNxOy薄膜后，再沉积薄层氧化铝作为减反射层。用该工艺制备的吸收膜，太阳能吸收率α为0.95，发射率ε为0.09，并且具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温性能。陈步亮等人采用磁控溅射技术制备了Al/Al-N金属陶瓷膜，吸收率0.89，100℃下发射率0.045。潘永强采用直流磁控溅射技术制备了Cr/Cr2ZnO3金属陶瓷膜，并研究了不同工艺对涂层太阳能选择性吸收性能的影响，性能最好的涂层α大于0.95，发射率ε小于0.05，选择性吸收性能优异。赵玉文等人分别用氟树脂和乙丙橡胶、有机硅为粘接剂，以PbS为颜料，制备了2种涂料，吸收率0.85～0.91，发射率0.23～0.5，均达到了较高的吸收率和较低的发射率。

天津大学，采用化学氧化法，以NaClO为氧化剂，在黄铜表面制备出CuO涂层，吸收率α约0.95，发射率ε约0.5。在CuO表面再镀上TiO2后，复合涂层的吸收率略有下降，但是其耐热、耐蚀、耐磨性能得到较大提升。

江苏大学范真、杨娟等人采用双层AlN作为减反射层，单层Si作为膜系的吸收层，铝板作为膜系的基体，其中基体用MEMS方法处理成具有表面微坑结构形状;该膜系从顶层至底层依次为：双层AlN膜减反层、单层Si吸收层、单层铝膜红外反射层。基体表面的微坑结构可实现对太阳光的多次反射以增加吸收;双层AlN膜可有效地减少膜表面对可见光的反射。制备工艺简单，制出的膜吸收率高，发射率低。

清华大学自主研制了多种选择性吸收薄膜，其中溅射铝-氮-氧薄膜，太阳能吸收率α达到0.93，发射率ε约为0.04(室温);多层不锈钢薄膜，太阳能吸收率α为0.96，发射率ε为0.06(80℃);铝-氧-氟或铝-氮-铝为减反射层的Al-N-F多层Al-N-Al薄膜，太阳能吸收率α为0.95，发射率ε为0.06(100℃);Mo-N-O选择性吸收表面，刚沉积的表面太阳能吸收率α为0.94，发射率ε为0.19，经过600℃、90min热处理后，太阳能吸收率α为0.92，发射率ε为0.21(80℃)。

现在大多使用金属陶瓷多层薄膜，采用电子束蒸发、磁控溅射离子束多层镀膜等方法。这些方法主要存在膜的层数多、高耗能、需要氩气和氮气的混合气体保护，工艺复杂，环境污染严重等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸收效率高，频带宽，比发射率低，重量轻，成本低，制作工艺简单的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜。

本发明的另一目的是提供一种吸收复合膜的制备方法。

本发明的再一目的是提供一种吸收复合膜的喷涂方法。

为了防止高分子材料老化、变色，引起高分子材料发生光降解反应，使性能下降，使用寿命缩短的缺陷，本发明的技术方案是这样解决的：一种纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜的特特殊之处在于所述复合膜由核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维、树脂、固化剂、流平剂、分散剂、有机溶剂组成，所述吸收复合膜组合物按质量份数比为：树脂溶液:滑石粉:流平剂:分散剂:纳米聚苯胺纤维=40份～70份:12份～6份:2份～4份:1份～3份:45份～17份；所述纳米纤维的粒径为核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径40～80nm，长度2～3μm，电导率13s/m，纯度≥99.8%，所述纳米聚苯胺纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份制成混合浆，所述有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中质量份数比依次为17份～13份:5份～2份:0.5份～2.5份。

所述复合膜由核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维、树脂、固化剂、流平剂、分散剂、有机溶剂组成，所述吸收复合膜按质量份数比为：树脂溶液:滑石粉:流平剂:分散剂:聚苯胺纳米纤维=45份～65份:10～7份:2.5份～3.5份:1.5份～2.5份:40份～20份；所述纳米纤维的粒径为核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径为40～80nm，长度为2～3μm，电导率为13s/m，纯度≥99.8%，所述纳米聚苯胺纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份制成混合浆，所述有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中质量份数比依次为16份～14份:4.5份～2.5份:1份～2份。

所述流平剂为415型流平剂。

所述分散剂为BYK104型分散剂。

所述纳米聚苯胺纤维为核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维。

所述树脂为AC1100聚氨脂树脂或氟碳树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂或有机硅树脂其中的一种或两种或两种以上同时添加。

一种所述的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜的制备方法，按下述步骤进行：

1）、连接料配制：

①、混合有机溶剂的配制：

有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中按质量份数比依次为16份～14份:4.5份～2.5份:1份～2份；

②、树脂溶液的配制

按质量份数将AC1100聚氨脂树脂或氟碳树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂或有机硅树脂的一种或两种或两种以上同时匀速、缓慢的添加到混合有机溶剂中，用强力搅拌器加热搅拌，热搅拌温度为60℃～80℃下冷凝回流30min～60min，待树脂溶解为均匀透明体，即为树脂溶液待用；

③、纳米材料的分散

按质量份数将称好的核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份混合配制，高速分散搅拌20分钟～30分钟，用5000w超声波振荡器振荡90分钟～110分钟，使纳米聚苯胺纤维完全均匀分散为止，制成核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维浆待用；

2）、吸收复合膜涂料的配制

①、A组分的配制方法：

a.将溶解后的树脂溶液按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，在800-1000转/分的转速下搅拌10分钟后，打开回流水；

b、将滑石粉、415型流平剂、BYK104型分散剂、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维浆，按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，用玻璃棒初步搅拌均匀；

c.球磨：速度1200r/h、时间120min；

d、细度合格后，关闭回流水，用120目过滤网过滤，倒出球磨好的液体封存待用；

②、B组分的配制方法：TKA-9058B固化剂:混合有机溶剂=6.5份～7.5份:2.5份～4.5份配制；其配制方法是将TKA-9058B固化剂、混合有机溶剂按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，在800-1000转/分的转速下至少搅拌10分钟，搅拌均匀成透明体封存待用；

一种所述的纳米纤维太阳能能量密度吸收复合膜的喷涂方法，按下述步骤进行：

①、将被喷物表面清洗干净；

②、按A组分:B组分=100份:6份～15份搅拌均匀配制喷涂涂料；

③、将该涂料用喷枪均匀喷到被喷物表面上，喷涂1～5遍，每层厚度50μm。

④、将喷涂好的试样在温度60℃～80℃烘干60分钟或自然干燥。

纳米材料要求

①、采用具有核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径40～80nm，长度2～3μm，电导率13s/m。纯度≥99.8%因为粒径不同，比表面积、外露自由电子差异很大，对太阳能吸收性能影响很大。

②、成膜黏合树脂：涂料用黏合树脂根据不同场合使用的要求选择不同的树脂，本发明使用的树脂为AC1100聚氨脂树脂。

本发明与现有技术相比，本发明采用核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI高分子纳米纤维材料制成高效太阳能吸收复合膜，具有吸收效率高，频带宽，比发射率低，重量轻，成本低，制作工艺简单等优点，是优良的新型太阳能吸收膜材料。采用纳米高分子材料，经高科技、新工艺复合的纳米高分子纤维高效太阳能吸收复合膜，能够全频带高效率吸收太阳能并将其转换，吸收频带范围220～15000nm。吸收率0.96～0.98，发射率0.10，功率吸收率456W/m²。太阳光照射到吸收膜表面上,就好像进入黑洞一样,几乎被完全吸收。对近红外光、中红外光、远红外光，可见光、紫外光吸收率均大于0.96，可全波段、高效率的吸收太阳能并将其转换成其它能量。达到太阳能的高效吸收和利用。具有吸收效率高，频带宽，比发射率低，重量轻，成本低，简化工艺，减少环境污染，制作工艺简单等优点，是优良的新型太阳能吸收膜材料。具有国际先进水平，开创了太阳能吸收材料技术和产品的新途径，填补该领域的空白。

技术指标

(1)吸收波长:220～15000nm

(2)太阳能吸收率：≥0.95

(3)红外线吸收率≥0.95

(4)紫外线吸收率≥0.98

（5）功率吸收率:456W/m²（37℃时）

（6）发射率:0.10

附图说明

图1为本发明工艺流程结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对发明内容作进一步说明：

参照图1所示，工艺流程依次按下述步骤进行：混合有机溶剂的配制、树脂溶液的配制、纳米材料的分散、吸收复合膜涂料的配制、复合膜的喷涂方法。

实施例1

一种纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜由核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维、树脂、固化剂、流平剂、分散剂、有机溶剂组成，所述吸收复合膜组合物按质量份数比为：树脂溶液:滑石粉:流平剂:分散剂:纳米聚苯胺纤维=40份～70份:12份～6份:2份～4份:1份～3份:45份～17份；所述纳米纤维的粒径为核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径40～80nm，长度2～3μm，电导率13s/m，纯度≥99.8%，所述纳米聚苯胺纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份制成混合浆，所述有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中质量份数比依次为17份～13份:5份～2份:0.5份～2.5份。

实施例2

纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜由核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维、树脂、固化剂、流平剂、分散剂、有机溶剂组成，所述吸收复合膜按质量份数比为：树脂溶液:滑石粉:流平剂:分散剂:聚苯胺纳米纤维=45份～65份:10～7份:2.5份～3.5份:1.5份～2.5份:40份～20份；所述纳米纤维的粒径为核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径为40～80nm，长度为2～3μm，电导率为13s/m，纯度≥99.8%，所述纳米聚苯胺纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份制成混合浆，所述有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中质量份数比依次为16份～14份:4.5份～2.5份:1份～2份。

所述流平剂为415型流平剂。

所述分散剂为BYK104型分散剂。

所述纳米聚苯胺纤维为Al₂O₃-PANI型纳米聚苯胺纤维。

所述树脂为AC1100聚氨脂树脂或氟碳树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂或有机硅树脂其中的一种或两种或两种以上同时添加。

实施例3

一种所述的纳米纤维太阳能能量密度吸收复合膜的制备方法，按下述步骤进行：

1）、连接料配制：

①、混合有机溶剂的配制：

有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中按质量份数比依次为16份～14份:4.5份～2.5份:1份～2份；

②、树脂溶液的配制

按质量份数将AC1100聚氨脂树脂或氟碳树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂或有机硅树脂的一种或两种或两种以上同时匀速、缓慢的添加到混合有机溶剂中，用强力搅拌器加热搅拌，热搅拌温度为60℃～80℃下冷凝回流30min～60min，待树脂溶解为均匀透明体，即为树脂溶液待用；

③、纳米材料的分散

按质量份数将称好的Al₂O₃-PANI纳米聚苯胺纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份混合配制，高速分散搅拌20分钟～30分钟，用5000w超声波振荡器振荡90分钟～110分钟，使纳米聚苯胺纤维完全均匀分散为止，制成Al₂O₃-PANI纳米聚苯胺纤维浆待用；

2）、吸收复合膜涂料的配制

①、A组分的配制方法：

a.将溶解后的树脂溶液按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，在800-1000转/分的转速下搅拌10分钟后，打开回流水；

b、将滑石粉、415型流平剂、BYK104型分散剂、Al₂O₃-PANI纳米聚苯胺纤维浆，按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，用玻璃棒初步搅拌均匀；

c.球磨：速度1200r/h、时间120min；

d、细度合格后，关闭回流水，用120目过滤网过滤，倒出球磨好的液体封存待用；

②、B组分的配制方法：TKA-9058B固化剂:混合有机溶剂=6.5份～7.5份:2.5份～4.5份配制；其配制方法是将TKA-9058B固化剂、混合有机溶剂按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，在800-1000转/分的转速下至少搅拌10分钟，搅拌均匀成透明体封存待用；

实施例4

一种所述的纳米纤维太阳能能量密度吸收复合膜的喷涂方法，按下述步骤进行：

①、将被喷物表面清洗干净；

②、按A组分:B组分=100份:6份～15份搅拌均匀配制喷涂涂料；

③、将该涂料用喷枪均匀喷到被喷物表面上，喷涂1～5遍，每层厚度50μm。

④、将喷涂好的试样在温度60℃～80℃烘干60分钟或自然干燥。

纳米材料要求

①、采用具有核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI聚苯胺纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径40～80nm，长度2～3μm，电导率13s/m。纯度≥99.8%。因为粒径不同，比表面积、外露自由电子差异很大，对太阳能吸收性能影响很大。

②、成膜黏合树脂：涂料用黏合树脂根据不同场合使用的要求选择不同的树脂，本发明使用的树脂为AC1100聚氨脂树脂。

下面针对本发明的基础原理再作详细说明：

量子理论认为，物质在入射光的照射下，分子吸收光能后，就会跳跃式的增加自己的能量，即物质能量的变化是量子化的，每个光子的能量hv取决于两个能级间的能量差ΔE。

ΔE=E₂-E₁=hv

式中，h为普朗克常数，υ为光频率,E₂、E₁为初能级和终能级的能量。

对于某一确定状态的分子，其能量为电子能量E_e、振动能量E_v和转动能量E_γ三者之和，即

E=E_e+E_v+E_γ   （2.1）

当分子从高能级E″跃迁到低能级E'时，将向外辐射出光子，其频率为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\γ}=\frac{E^{\′\′}-E^{\′}}{h}=\frac{({E^{\′\′}}_e-{e^{\′}}_e)+({E^{\′\′}}_v-{E^{\′}}_v)+({E^{\′\′}}_{\mathrm{\γ}}-{E^{\′}}_{\mathrm{\γ}})}{h}\\ =\frac{{\mathrm{\ΔE}}_e+{\mathrm{\ΔE}}_v+{\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{\γ}}}{h}={\mathrm{\γ}}_e+{\mathrm{\γ}}_v+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{\γ}}\end{array}---\left(2.2\right)$

式中h为普朗克常数。

太阳光辐射的能量主要分布在波长λ为0.25～3μm的光谱区内，即太阳辐射能主要分布在可见光和近红外区，而物体受热发生黑体辐射的能量主要分布在波长为2～100μm的光谱区中，亦即主要在远红外区。为了能够充分利用太阳能，人们设计出了选择性吸收的太阳能涂层材料，这种材料必须满足以下2个条件：1)太阳光谱内的吸光程度高，即有尽可能高的吸收率α；2)辐射波长范围内有尽可能低的辐射损失，即尽可能低的发射率ε。

由此可以看出，吸收率α和发射率ε是衡量选择性吸收材料好坏的2个重要参数。对同一波长的光波而言，材料的吸收率和发射率有同样的数值，即吸收率高则相应地发射率也高。但吸收率α与反射率r及透射率t会遵从如下关系:α+r+t=1。对于不透明材料而言，由于t=0，则α+r=1；而对于黑色物体来说，r≈0，则α≈1。根据以上讨论，可知最有效的太阳能光热转换材料是在太阳光谱范围内，即λ＜2.5μm，有α≈1(即r≈0)；而在λ＞2.5μm，即热辐射波长范围内,有ε≈0(即r≈1或α≈0)。

对于不透明的材料，α(θ,λ)=1–r(θ,λ)，ε(T,λ)=α(λ,T)，其中θ、λ和T分别是光线入射角、波长和测试温度。在实验中，通常根据材料的反射率，通过积分计算得到平均吸收率和发射率^[6-7]：

$\mathrm{\α}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}\mathrm{d\λA}\left(\mathrm{\λ}\right)[1-r(\mathrm{\θ},\mathrm{\λ})]/\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}\mathrm{d\λA}\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(1\right)$

$\mathrm{\ϵ}(\mathrm{\λ},T)=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}\mathrm{d\λE}(\mathrm{\λ},T)[1-r(\mathrm{\θ},\mathrm{\λ})]/\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}\mathrm{d\λE}(\mathrm{\λ},T)---\left(2\right)$

式中A(λ)和E(λ,T)分别为太阳辐射和黑体辐射能流密度。

一般说来，α越大越好，ε越小越好。但在实际制备涂层时，当α达到某一数值后，要想进一步增大α，ε也会随之增大。而且，有时ε增加的值大于α增加的值，故研究中经常应用α与ε的比值(α/ε)来表征涂层选择性的高低。在太阳能选择性吸收涂层的实际应用中，还要考虑环境因素对其性能的影响，例如温度、湿度、酸碱度等因素都可能使涂层的性能受影响。

纳米材料由于其特殊的结构引起的量子尺寸效应及隧道效应，在一定尺寸范围导致它产生良好的太阳能吸波性能，纳米材料是指材料组分的特征尺寸在1-100nm范围的材料。当一个微粒的尺寸小到纳米量级时，它的微观结构和性能既不同于原子、分子的微观体系，也不同于显示本特征性质的大颗粒材料宏观体系，而是介于二者之间的一个过渡体系。纳米微粒尺寸小，比表面积大，具有很高的表面能，从而对其化学性质有很大影响。实验证明，粒子分散度提高到一定程度后，随着粒子直径的减小，位于粒子表面的原子数与总原子数的比值急剧增大，当粒径降为5nm时，表面原子所占比例可达50%。由于表面原子数增加，微粒内原子数减少，使能带中的电子能级发生分裂，分裂后的能级间隔正处于太阳光的能量范围内（1×12^-2-1×10^-5eV），从而导致新的太阳能吸收通道。纳米材料由于其自身结构上的特征而具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应，因而与同组分的常规材料相比，在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能，聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维含大量的π-共轭键结构,能够大量吸收太阳能、紫外线，在太阳能吸收方面显示出很好的发展前景。

本发明关键技术

①、纳米高性能太阳能吸收材料的选择；该申请选用核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料作为高效太阳能吸收剂；

②、核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米高分子纤维形状、尺寸与太阳能吸收率的关系研究；

③、核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米高分子纤维含量与太阳能吸收率的关系；

④、核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米高分子纤维含量与抗老化能力的关系；是提高太阳能吸收膜服用性能的关键，由于PANI纳米纤维含大量的π-共轭键结构,能够大量吸收紫外线,提高涂料的抗老化能力；

⑤、纳米纤维高性能太阳能复合涂料配方、选材、性能，是保证膜高效吸收太阳光的关键；

⑥、基材树脂型号、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米高分子纤维共混与太阳能吸收率的关系；

⑦、如何将核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维分散与其它黏合剂、助剂相融，保证均匀分布，各组份比例关系；

⑧、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维的分散和溶解技术；

⑨、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维吸收膜与被喷涂物表面的结合牢度技术。

工艺配方研究：

①、喷涂工艺与太阳能吸收率的关系；

②、烘干温度与太阳能吸收率的关系；

③、该膜的使用性能研究，该涂料膜与被涂物表面结合牢度。

本发明产品的技术创新点

①、纳米材料应用开发技术创新，开创了纳米材料应用的新领域。该材料具有核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI高分子纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径40～80nm，长度2～3μm，电导率13s/m；

②、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维用于太阳能吸收机理创新，PANI纳米纤维含大量的π-共轭键结构,能够大量吸收太阳能；

③、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料在太阳能吸收研究应用，开创高性能太阳能吸收、环保新型复合材料；

④、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维粒径、形状与涂料太阳能吸收率研究创新；

⑤、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维与涂料共混（配方及工艺）创新；

⑥、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维分散和溶解技术创新；

⑦、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维吸收膜与喷涂物表面结合牢度技术；

⑧、涂料本身不含Zn、Cr、Pb等重金属，具有优异的环保功能。

Claims (8)

1.一种纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜，其特征在于所述复合膜由核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维、树脂、固化剂、流平剂、分散剂、有机溶剂组成，所述吸收复合膜组合物按质量份数比为：树脂溶液:滑石粉:流平剂:分散剂:纳米聚苯胺纤维 =40份～70份:12份～6份:2份～4份:1份～3份:45份～17份；所述纳米纤维的粒径为核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径40~80nm，长度2～3μm，电导率13s/m，纯度≥99.8%，所述纳米聚苯胺纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份制成混合浆，所述有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中质量份数比依次为17份～13份:5份～2份:0.5份～2.5份。

2.根据权利要求1所述的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜，其特征在于所述复合膜由核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维、树脂、固化剂、流平剂、分散剂、有机溶剂组成，所述吸收复合膜按质量份数比为：树脂溶液:滑石粉:流平剂:分散剂: 聚苯胺纳米纤维 =45份～65份:10～7份:2.5份～3.5份:1.5份～2.5份:40份～20份；所述纳米纤维的粒径为核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径为40~80nm，长度为2～3μm，电导率为13s/m，纯度≥99.8%，所述纳米聚苯胺纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份制成混合浆，所述有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中质量份数比依次为16份～14份:4.5份～2.5份:1份～2份。

3.根据权利要求1或2所述的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜，其特征在于所述流平剂为415型流平剂。

4.根据权利要求1或2所述的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜，其特征在于所述分散剂为BYK104型分散剂。

5.根据权利要求1或2所述的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜，其特征在于所述聚苯胺纳米纤维为核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维。

6.根据权利要求1或2所述的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜，其特征在于所述树脂为AC1100聚氨脂树脂或氟碳树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂或有机硅树脂其中的一种或两种或两种以上同时添加。

7.一种如权利要求1或2所述的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜的制备方法，按下述步骤进行：

1）、连接料配制：

①、混合有机溶剂的配制：

有机溶剂由二甲苯，环己酮，丁醇三种物质组成，其中按质量份数比依次为16份～14份:4.5份～2.5份:1份～2份；

②、树脂溶液的配制

按质量份数将AC1100聚氨脂树脂或氟碳树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂或有机硅树脂的一种或两种或两种以上同时匀速、缓慢的添加到混合有机溶剂中，用强力搅拌器加热搅拌，热搅拌温度为60℃~80℃下冷凝回流30min~60min，待树脂溶解为均匀透明体，即为树脂溶液待用；

③、纳米材料的分散

按质量份数将称好的核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维与二甲苯按1份：3.5份～4.5份混合配制，高速分散搅拌20分钟～30分钟，用5000w超声波振荡器振荡90分钟～110分钟，使纳米聚苯胺纤维完全均匀分散为止，制成聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维浆待用；

   2）、吸收复合膜涂料的配制

                                                  

、A组分的配制方法：

   a.将溶解后的树脂溶液按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，在800-1000转/分的转速下搅拌10分钟后，打开回流水；

b、将滑石粉、415型流平剂、BYK104型分散剂、核/壳结构聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维浆，按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，用玻璃棒初步搅拌均匀；

c.球磨：速度1200r/h、时间120min；

d、 细度合格后，关闭回流水，用120目过滤网过滤，倒出球磨好的液体封存待用；

、B组分的配制方法：TKA-9058B固化剂:混合有机溶剂=6.5份～7.5份:2.5份～4.5份配制；其配制方法是将TKA-9058B固化剂、混合有机溶剂按质量份数比称取所需的重量倒入球磨罐中，在800-1000转/分的转速下至少搅拌10分钟，搅拌均匀成透明体封存待用。

8.一种如权利要求1或2所述的纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜的喷涂方法，按下述步骤进行：

①、将被喷物表面清洗干净；

②、按A组分: B组分=100份:6份～15份搅拌均匀配制喷涂涂料；

③、将该涂料用喷枪均匀喷到被喷物表面上，喷涂1～5遍，每层厚度50μm；

、将喷涂好的试样在温度60℃~80℃烘干60分钟或自然干燥；

 纳米材料要求

、采用具有核/壳结构的聚苯胺Al₂O₃-PANI纳米纤维材料，形状呈纤维状，粒径40~80nm，长度2～3μm，电导率13s/m；

纯度≥99.8%因为粒径不同，比表面积、外露自由电子差异很大，对太阳能吸收性能影响很大；

、成膜黏合树脂：涂料用黏合树脂根据不同场合使用的要求选择不同的树脂，本发明使用的树脂为AC1100聚氨脂树脂。

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