CN110527279A - 一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法 - Google Patents

一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110527279A
CN110527279A CN201910856118.7A CN201910856118A CN110527279A CN 110527279 A CN110527279 A CN 110527279A CN 201910856118 A CN201910856118 A CN 201910856118A CN 110527279 A CN110527279 A CN 110527279A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photothermal conversion
preparation
dispersion liquid
conversion efficiency
thermal conductivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910856118.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110527279B (zh
Inventor
张新星
王宇嫣
郭泉泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN201910856118.7A priority Critical patent/CN110527279B/zh
Publication of CN110527279A publication Critical patent/CN110527279A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110527279B publication Critical patent/CN110527279B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L15/00—Compositions of rubber derivatives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2265—Oxides; Hydroxides of metals of iron
    • C08K2003/2275—Ferroso-ferric oxide (Fe3O4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法，制备光热转换填料稳定分散液；将光热转换填料分散液与胶乳乳液超声分散混合后，采用絮凝剂快速破乳共沉淀，然后在鼓风烘箱中烘干成型。本发明制备方法简单，不涉及复杂的化学合成方法或繁琐的加工技术，环境友好、有利于大规模应用。制备的产物可通过独特的三维导热网络设计使得热量沿聚合物基体中由纳米杂化物组成的三维网络路径扩散，产物具有超高的光热转换效率和传热速率。本发明制备方法避免了光热粒子的团聚，更大化发挥光热粒子在材料中的应用，利用少量的光热粒子获得了更高的光热性能，提高了利用效率，降低了制备成本。

Description

一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法
技术领域
本发明属于光热材料技术领域，具体涉及一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法。
背景技术
近年来，光热材料在医疗、能源、电子传感器件等领域等都受到广泛关注。目前，已发展的光热材料通常是在基体中填充贵金属及其氧化物纳米颗粒、半导体纳米结构、碳质纳米材料(如石墨烯及其氧化物、碳纳米管)等。这些材料由于缺乏有效的微纳结构设计，需要填充大量的光热粒子，不仅制备成本高，而且使材料加工性和力学性能下降，阻碍了材料的实际应用。因此，开发低成本、高光热转换效率、高导热系数的光热材料是该领域亟待解决的关键难题。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足，提供一种高光热转换效率、高导热系数材料及其制备方法。其特点是：通过建议的乳液模板隔离组装的方法得到了三维互连网络结构，这种独特的结构赋予材料具有快速的光热转换效率和传热速率。
本发明的目的采用以下技术措施实现，一种高光热转换效率高导热系数的材料，由以下制备方法制备所得，包括如下步骤：
(1)制备光热转换填料分散液，将光热转换填料稳定分散在水中；
(2)将光热转换填料分散液与胶乳乳液超声分散混合后，采用絮凝剂快速破乳共沉淀，然后在鼓风烘箱中烘干成型。
进一步的，所述的光热转换填料分散液为单一的分散性良好的填料分散液或者杂化物填料分散液。
其中，单一的分散性良好的填料分散液为氧化石墨烯纳米片层分散液、MXene纳米片层分散液中的一种。
其中，杂化物填料分散液由悬浮性良好的分散液a和溶液b混合后反应而成，分散液a中分散物为制备步骤完成后能够作为结构导向的物质，溶液b中溶质为制备步骤完成后能够作为光热转换剂的物质。悬浮性良好的分散液a为纤维素纳米晶分散液或埃洛石纳米管分散液中的一种。溶液b中溶质为可以生成光热转换粒子的物质，光热转换粒子为金属、金属氧化物、聚多巴胺或聚吡咯中的一种。
进一步的，聚合物乳液为环氧化天然橡胶、水性聚氨酯、水性涂料中的一种。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明制备方法简单，得到的材料具有独特的三维网络互连结构，不涉及复杂的化学合成方法或繁琐的加工技术，环境友好、有利于大规模应用。
(2)本发明可通过独特的三维导热网络设计使得热量沿聚合物基体中由纳米杂化物组成的三维网络路径扩散，产物具有超高的高光热转换效率和传热速率。
(3)本发明制备方法避免了光热粒子的团聚，更大化发挥光热粒子在材料中的应用，利用少量的光热粒子获得了更高的光热性能，提高了利用效率，降低了制备成本。
附图说明
构成本申请的一部分说明书附图用于提供对本申请的进一步理解，本申请的适宜性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为光热纳米复合材料截面的透射电子显微镜(TEM)图。
图2为三维互连网络结构样品和无三维网络结构样品光热转换和热导率的模型图。
图3为三维互连网络结构样品和无三维网络结构样品的热导率对比图。
图4a为三维互连网络结构样品在近红外激光照射下温度随时间的变化曲线。
图4b为无三维网络结构样品在近红外激光照射下温度随时间的变化曲线。
图5为从图4a所示三维互连网络结构样品的降温曲线得到的时间/-lnθ线性拟合曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
Fe3O4@纤维素纳米晶(CNC)纳米杂化材料的合成：首先，通过控制酸解脱脂棉纤维制得CNC。在80℃条件下，将FeCl3·6H2O(0.7782g)和FeCl2·4H2O(0.2862g)分别溶于100ml、0.5w％的CNC悬浮分散液中，然后在溶液中加入7.5ml的NH3·H2O(28％)。当溶液的颜色变黑，说明氧化铁纳米粒子(Fe3O4NPs)开始形成。此后，强烈搅拌下溶液反应2小时。用去离子水冲洗几次，得到Fe3O4@CNC纳米杂化物分散液。
光热纳米复合材料的制备：在强搅拌条件下加入PU(0.1g)和Fe3O4@CNC分散悬浮液(9.53g，固含量：0.5％)，超声5min，制得Fe3O4@CNC/PU复合胶乳。将得到的复合胶乳滴入聚四氟乙烯模具，在65℃的烘箱中烘4h，制得光热纳米复合材料。
其截面的透射电子显微镜(TEM)图如图1所示，光热粒子围绕在胶乳微球周围，呈三维网络的隔离结构，形成导热通路。图2说明了纳米结构复合材料的设计机理。独特的三维导热网络设计使得热量沿聚合物基体中由Fe3O4@CNC纳米杂化体组成的网络路径扩散，减少了热量损失。图3说明了通过有效微纳结构设计，材料的导热系数大幅提升。图4a所示为有三维网络结构设计的复合材料(Fe3O4@CNC/PU)和图4b所示没有三维网络结构设计(Fe3O4/PU)的复合材料在近红外激光照射下温度随时间的变化曲线，近红外激光照射5s后关闭激光。在进行近红外激光照射时，从该图可以看出相同时间下，Fe3O4@CNC/PU可以升到比Fe3O4/PU更高的温度。图5所示为从图4a所示降温曲线得到的时间/-Ln(θ)线性拟合曲线，θ表示降温过程中，已经下降的温度和光照下升高的温度的比值。
实施例2：
聚多巴胺@埃洛石纳米杂化材料的合成：将多巴胺(1.0g)混合于100ml、0.5w％埃洛石悬浮分散液中，加入适量NH3·H2O(28％)。此后，强烈搅拌下溶液反应2小时。用去离子水冲洗几次，得到聚多巴胺@埃洛石纳米杂化物分散液。
光热纳米复合材料的制备：在强搅拌条件下加入水性涂料(0.1g)和聚多巴胺@埃洛石悬浮液(9.53g，固含量：0.5％)，超声5min，制得光热转化复合胶乳。将得到的复合胶乳滴入聚四氟乙烯模具，在65℃的烘箱中烘4h，制得光热纳米复合材料。
实施例3：
Mxene纳米片层分散液的制备：利用氢氟酸溶液刻蚀Ti3AlC2粉末的方法得到Mxene纳米片层。取0.5gMxene纳米片层超声分散在100ml去离子水中，得到Mxene纳米片层分散液。
光热纳米复合材料的制备：在强搅拌条件下加入环氧化天然橡胶(0.1g)和Mxene纳米片层分散液(9.53g，固含量：0.5％)，超声5min，制得光热转化复合胶乳。将得到的复合胶乳滴入聚四氟乙烯模具，在65℃的烘箱中烘4h，制得光热纳米复合材料。
以上实施例中采用公式计算光热转换效率η，其中，h是传热系数，S是容器的表面积，ΔTmax是样品溶液在最高系统温度和环境周围温度之间的温度变化，A808是样品在波长808nm处的吸光度，I是激光功率。hS可使用公式计算，τS为样品系统时间常数，即图5中拟合曲线的斜率；mi和Cp,i是质量和热容量。采用公式K＝ρCPσ经计算导热系数K，其中，当ρ是复合材料的密度时，CP是用差示扫描量热法测试的比热容，σ是热扩散率。实施例1的光热转换效率可达79％，导热系数为32W m-1K-1；实施例2的光热转换效率可达67％，导热系数为26W m-1K-1；实施例3的光热转换效率可达82％，导热系数为30W m-1K-1。制备的光热性能优异的材料可以在光热医疗、海水淡化、红外光加热等方面发挥作用。

Claims (7)

1.一种高光热转换效率高导热系数的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将光热转换填料稳定分散在水中，制备光热转换填料分散液；(2)将光热转换填料分散液与胶乳乳液超声分散混合后，采用絮凝剂快速破乳共沉淀，然后在鼓风烘箱中烘干成型。
2.根据权利要求1所述的一种高光热转换效率高导热系数的材料的制备方法，其特征在于，所述的光热转换填料分散液为单一的分散性良好的填料分散液或者杂化物填料分散液。
3.根据权利要求2所述的一种高光热转换效率高导热系数的材料的制备方法，其特征在于，所述的单一的分散性良好的填料分散液，为氧化石墨烯纳米片层分散液、MXene纳米片层分散液中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种高光热转换效率高导热系数的材料的制备方法，其特征在于，所述的杂化物填料分散液由悬浮性良好的分散液a和溶液b混合后反应而成，分散液a中分散物为制备步骤完成后能够作为结构导向的物质，溶液b中溶质为制备步骤完成后能够作为光热转换剂的物质。
5.根据权利要求4所述的一种高光热转换效率高导热系数的材料的制备方法，其特征在于，所述的悬浮性良好的分散液a，为纤维素纳米晶分散液或埃洛石纳米管分散液中的一种；所述的溶液b中溶质为可以生成光热转换粒子的物质，光热转换粒子为金属、金属氧化物、聚多巴胺或聚吡咯中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种高光热转换效率高导热系数的材料的制备方法，其特征在于，所述的聚合物乳液为环氧化天然橡胶、水性聚氨酯、水性涂料中的一种。
7.一种高光热转换效率高导热系数的材料，其特征在于，由权利要求1或6任一项制备方法制备所得。
CN201910856118.7A 2019-09-11 2019-09-11 一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法 Active CN110527279B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910856118.7A CN110527279B (zh) 2019-09-11 2019-09-11 一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910856118.7A CN110527279B (zh) 2019-09-11 2019-09-11 一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110527279A true CN110527279A (zh) 2019-12-03
CN110527279B CN110527279B (zh) 2021-06-29

Family

ID=68668231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910856118.7A Active CN110527279B (zh) 2019-09-11 2019-09-11 一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110527279B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111171351A (zh) * 2020-02-05 2020-05-19 上海大学 一种具有热响应的层次结构纳米杂化材料及其制备方法
CN113151929A (zh) * 2021-04-21 2021-07-23 上海工程技术大学 碳化锆/聚氨酯-聚吡咯皮芯纤维及其制备方法和应用
CN113265119A (zh) * 2021-07-20 2021-08-17 季华实验室 粉末浆料及粉末浆料的固化方法
CN113308026A (zh) * 2021-06-21 2021-08-27 深圳大学 一种蒸发器及其制备方法和应用
WO2021246977A1 (en) * 2020-06-04 2021-12-09 Sabanci Üniversitesi Nanoteknoloji Arastirma Ve Uygulama Merkezi Sunum The use of photothermal agents in the air filters

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107474670A (zh) * 2017-07-14 2017-12-15 合肥文胜新能源科技有限公司 一种太阳能耐腐蚀吸热涂料
CN107779003A (zh) * 2017-10-18 2018-03-09 天津大学 一种利用光热效应实现粉末涂料快速固化的方法
CN108395485A (zh) * 2018-03-20 2018-08-14 济南圣泉集团股份有限公司 改性纳米纤维素、填料及包含其的水性涂料
CN108862443A (zh) * 2018-06-01 2018-11-23 常熟理工学院 金纳米粒子/石墨烯三维光热转换材料及其用途
CN109439175A (zh) * 2018-11-01 2019-03-08 西安交通大学 一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层及其制备方法
CN109605868A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 一种具有光热转换效果的混凝土高效保温保湿复合养护膜

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107474670A (zh) * 2017-07-14 2017-12-15 合肥文胜新能源科技有限公司 一种太阳能耐腐蚀吸热涂料
CN107779003A (zh) * 2017-10-18 2018-03-09 天津大学 一种利用光热效应实现粉末涂料快速固化的方法
CN108395485A (zh) * 2018-03-20 2018-08-14 济南圣泉集团股份有限公司 改性纳米纤维素、填料及包含其的水性涂料
CN108862443A (zh) * 2018-06-01 2018-11-23 常熟理工学院 金纳米粒子/石墨烯三维光热转换材料及其用途
CN109439175A (zh) * 2018-11-01 2019-03-08 西安交通大学 一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层及其制备方法
CN109605868A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 一种具有光热转换效果的混凝土高效保温保湿复合养护膜

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAO, JIE等: ""Multiple Hydrogen Bonding Enables the Self-Healing of Sensors for Human-Machine Interactions"", 《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》 *
LIU, JIZE等: ""Templated synthesis of a 1D Ag nanohybrid in the solid state and its organized network for strain-sensing applications"", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C》 *
XUEHUI LIU等: ""Hierarchically Structured Self-Healing Sensors with Tunable Positive/Negative Piezoresistivity"", 《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》 *
曹杰等: ""石墨烯三维导电网络在橡胶基体中的构筑及其电阻溶剂响应行为研究"", 《2016年全国高分子材料科学与工程研讨会论文摘要集》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111171351A (zh) * 2020-02-05 2020-05-19 上海大学 一种具有热响应的层次结构纳米杂化材料及其制备方法
WO2021246977A1 (en) * 2020-06-04 2021-12-09 Sabanci Üniversitesi Nanoteknoloji Arastirma Ve Uygulama Merkezi Sunum The use of photothermal agents in the air filters
CN113151929A (zh) * 2021-04-21 2021-07-23 上海工程技术大学 碳化锆/聚氨酯-聚吡咯皮芯纤维及其制备方法和应用
CN113308026A (zh) * 2021-06-21 2021-08-27 深圳大学 一种蒸发器及其制备方法和应用
CN113308026B (zh) * 2021-06-21 2022-06-28 深圳大学 一种蒸发器及其制备方法和应用
CN113265119A (zh) * 2021-07-20 2021-08-17 季华实验室 粉末浆料及粉末浆料的固化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110527279B (zh) 2021-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110527279A (zh) 一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法
CN109836919B (zh) 一种功能化氧化石墨烯防腐涂层及其制备工艺
Roozban et al. The experimental and statistical investigation of the photo degradation of methyl orange using modified MWCNTs with different amount of ZnO nanoparticles
CN104941674B (zh) 一种活性炭上负载磷化钴的催化剂及其制备方法和应用
CN105289433B (zh) 一种规模化制备过渡金属氧化物多孔微球的方法
CN107393725A (zh) 一种多孔导电的碳材料负载NiCo2O4复合材料及其制法和应用
Zeinali Heris et al. Heat transfer performance of two-phase closed thermosyphon with oxidized CNT/water nanofluids
CN107473261A (zh) 一种氧化锌/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法
CN102179216B (zh) 一种仿生型α-Fe2O3/TiO2纳米复合材料的制备方法
CN106824248A (zh) 一种形貌和组成可控的WO3纳米片/g‑C3N4纳米复合材料的制备方法
CN105271405A (zh) 一种基于碳酸氧铋或氧化铋纳米管的材料及其制备方法
CN104891567A (zh) 管状TiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法
CN104817106A (zh) TiO2空心结构亚微米球的溶剂热合成方法
CN107694570A (zh) 一种高效四氧化三钴‑石墨烯纳米复合催化剂的制备方法
CN108101111A (zh) 一种碳化钼/二氧化钼复合纳米线及其制备方法与应用
CN107321372A (zh) CoS纳米颗粒/N掺杂RGO析氢复合材料的制备方法
CN110572997B (zh) 一种新型泡沫炭电磁屏蔽复合材料的制备方法
CN106477566B (zh) 一种高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的制备方法
CN113636531A (zh) 一种纳米级空心磷化铁颗粒的制备方法
CN101966343B (zh) 一种碳纳米管/磁性纳米粒子磁共振造影剂及其制备方法
Zhang et al. Nanoarchitectonics and Applications of Gallium‐Based Liquid Metal Micro‐and Nanoparticles
CN109112565A (zh) 一种降低二硫化钼基催化析氢电极电荷转移阻抗的方法
CN105712401B (zh) 钒酸钙微米球材料及其制备方法和应用
CN105355931B (zh) 一种不锈钢微生物电极及其制备方法和应用
CN107565140A (zh) 用于酶催化的三维多孔石墨烯‑碳纳米管电极的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant