CN110947597B - 一种黑体纤维植绒材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种黑体纤维植绒材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种黑体纤维植绒材料及其制备方法和用途。本发明的黑体纤维植绒材料，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层、粘合剂层和底板层，所述太阳能光热转换层为具有微米阵列结构的黑体纤维，所述粘合剂层为隔水胶层，所述底板层为聚合物发泡板。本发明的制备工艺简单、效率高、成本低，制得的黑体纤维植绒材料具有极高的吸光率、轻量性、自隔热保护性的特点，适合大规模生产、环境耐久性好，应用于太阳能全驱动海水(或苦碱水)蒸馏淡化具有很高的实用价值，可有效解决一些地方的淡水缺乏问题，特别是一些用水量分散、能源紧张、基础设施薄弱的地区。

Description

一种黑体纤维植绒材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于新功能材料技术领域，涉及一种黑体纤维植绒材料及其制备方法和用途，具体涉及一种具有微米阵列结构的黑体纤维植绒材料及其制备方法和用途，尤其涉及一种具有高光热转换效率、自吸水功能、轻量可自漂浮在水面上、可高效利用太阳能蒸馏淡化海水的黑体纤维植绒材料及其制备方法和用途。
背景技术
利用太阳能蒸馏淡化海水获取淡水资源，被认为是一种能有效解决当前全球淡水资源匮乏问题的有效手段之一。太阳能海水蒸馏淡化技术的优点是不消耗外能，不产生二次污染，运行费用低等。
目前利用太阳能对海水进行蒸馏淡化的装置，都存在单位面积淡水产率过低的问题，即低的光热转换效率(普遍低于40％)，这大大降低了这些装置的实际应用价值。低淡水产率主要由两方面因素造成：1.装置中的太阳能水蒸发材料的太阳光吸收率低，进而导致吸收的太阳能量低；2.装置中待蒸发的海水热容量太大，限制了运行温度的提高，从而减弱了水蒸发的驱动力。
为解决上述装置淡水产率低的问题，科学家们设计了多种为太阳能蒸馏器配备其他太阳能集热器的方案，这些混合装置虽淡水产率上有所提高，但在发展过程中也出现了一些待解决的问题，比如，不利于小型化，太阳能集热器与装置搭建投资费用高，容易与其他海水淡化设备同质化等问题。
近年来，众多科学家将一些新材料与新技术广泛应用到太阳能海水蒸馏淡化体系中，使光热转换效率(即淡水产率)得到了显著的提高。陈刚等(H.Ghasemi,G.Ni,A.M.Marconnet,J.Loomis,S.Yerci,N.Miljkovic,G.Chen,Nat.Commun.,2014,5,4449)将剥离石墨片与碳泡沫复合成双层结构材料作为太阳能蒸馏淡化材料，因该材料具有轻量化特性，可自漂浮在水面上，该材料转换太阳能得到的热能被限域在空气-水的界面中，进而实现对材料表面上的水体进行局部加热，有效解决整体水体热容过大的问题；并且该材料对太阳光具有97％吸光率，在单太阳光条件下(1000W/m2)，光热转换效率可达到64％。同时，陈刚教授团队对剥离石墨片与碳泡沫的复合材料在太阳能蒸馏淡化过程中的能量使用方式进行了研究，建立了热传导模型和温度分布模型，这两种模型不但反映了太阳能蒸馏淡化过程中的热量传递过程，而且通过模型推导出整体能量使用与损失情况。上述对太阳能蒸馏淡化过程的机理研究，为进一步提高光热效率提供理论了基础，其中温度分布模型被广泛借鉴到之后的相关研究当中。
朱嘉等(L.Zhou,Y.Tan,D.Ji,B.Zhu,P.Zhang,J.Xu,Q.Gan,Z.Yu,J.Zhu,Sci.Adv.,2016,2,e1501227)将纳米金粒子在阴极氧化铝纳米多孔材料表面上进行沉积，并通过对阴极氧化铝纳米多孔材料的结构控制使材料展现出超过99％的吸光率。在单太阳光条件下，该材料具有63％的光热转换效率。该研究对阴极氧化铝纳米多孔材料的结构是如何影响吸光率进行了详细的研究与分析，并且通过模拟模型推导出来的理论数据跟实验得到的实际数据有着很好的符合性，为进一步开发具有更高吸光率的材料提供了很好的理论基础。
碳纳米材料，例如碳纳米管和石墨烯，因为具有极高的比表面积和高导热率，也被许多科学家研究用于太阳能海水蒸馏淡化材料当中。这其中包括王鹏等(Y.Wang,L.Zhang,P.Wang,ACS Sustainable Chem.Eng.,2016,4,1223)和朱嘉(X.Hu,W.Xu,L.Zhou,Y.Tan,Y.Wang,S.Zhu,J.Zhu,Adv.Mater.,2017,29，1604031)对碳纳米管的研究，Singamaneni等(Q.Jiang,L.Tian,K.K.Liu,S.Tadepalli,R.Raliya,P.Biswas,R.R.Naik,S.Singamaneni,Adv.Mater.,2016,28,9400)和胡良兵等(Y.Li,T.Gao,Z.Yang,C.Chen,W.Luo,J.Song,E.Hitz,C.Jia,Y.Zhou,B.Liu,B.Yang,L.Hu,Adv.Mater.,2017,29,1700981)对还原氧化石墨烯的研究，以及陈明伟等(Y.Ito,Y.Tanabe,J.Han,T.Fujita,K.Tanigaki,M.Chen,Adv.Mater.,2015,27,4302)和刘忠范等(H.Y.Ren,M.Tang,B.L.Guan,K.X.Wang,J.W.Yang,F.F.Wang,M.Z.Wang,J.Y.Shan,Z.L.Chen,D.Wei,H.L.Peng,Z.F.Liu,Adv.Mater.,2015,29,1702590)对石墨烯泡沫的研究等等。在单太阳光条件下，刘忠范等研发的分层石墨烯泡沫的光热转换效率可达到91.4％，是已有报道中最高的。另外，朱嘉等(N.Xu,X.Z.Hu,W.C.Xu,X.Q.Li,L.Zhou,S.N.Zhu,J.Zhu,Adv.Mater.,2017,29,1606762)和胡良兵等(M.W.Zhu,Y.J.Li,G.Chen,F.Jiang,Z.Yang,X.G.Luo,Y.B.Wang,S.D.Lacey,J.Q.Dai,C.W.Wang,C.Jia,J.Y.Wan,Y.G.Yao,Amy Gong,B.Yang,Z.F.Yu,Siddhartha Das,L.B.Hu,Adv.Mater.,2017,29,1704107)利用一些具有微米结构的生物材料的自吸水特性，分别将蘑菇和树桩的表面进行碳化作为吸光层，也都表现出超过70％的光热转换效率。
上述提及的研究成虽对太阳能海水蒸馏淡化材料的应用发展起到了很大的推动作用，但仍存在一些不足：(1)原材料和制备工艺成本高；(2)材料的吸光率仍有提高空间(吸光率普遍在90％上下)；(3)材料的制备与体系的隔热保护非一步法完成，增加制备工艺繁琐程度；(4)多数材料的制备方法不具备在现阶段大规模生产的基础；(5)一些材料不具备自吸水性能，需配备额外供水系统，无法实现真正太阳能全驱动海水蒸馏淡化；(6)整体装置在单位面积下的淡水产率不高(普遍低于1.3kg/m2·h)，不能满足实际应用。上述的这些不足，限制了现有材料的应用化前景。特别是考虑到我国现阶段国情，一些经济欠发达的淡水资源缺乏地区，因基础设施薄弱、能源短缺、用水量分散等原因，成本和便携性成为了首先需要考虑的问题。
因此，发明一种可大规模制备、方便携带、廉价且高效的太阳能全驱动海水(或苦碱水)蒸馏淡化材料是对社会非常有益的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种黑体纤维植绒材料及其制备方法和用途。本发明的黑体纤维植绒材料具有极高的吸光率、自吸水性、轻量性、自隔热保护性的特点，适合大规模生产、环境耐久性好。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种黑体纤维植绒材料，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层、粘合剂层和底板层，所述太阳能光热转换层为具有微米阵列结构的黑体纤维，所述粘合剂层为隔水胶层，所述底板层为聚合物发泡板。
本发明中，黑体纤维植绒材料的结构依次为黑体纤维组成的光热转换层、粘合剂层、发泡板组成的底板层。所述的黑体纤维具有垂直于底板的微米阵列结构，所述粘合剂层中的粘合剂具有隔水特性，发泡板具有轻量、疏水、隔热的特性，制成的黑体纤维植绒材料具有极高的吸光率，可自漂浮在海面上实现对海水的表层局部加热，自隔热保护性；本发明的黑体纤维植绒材料使用的原料为聚合物材料，具有抗冲击性良好、环境耐久性优异的特点。
所述黑体纤维为黑色尼龙纤维、碳纤维、活性炭纤维和黑色聚合物纤维中的一种。其中，黑色尼龙纤维具有微米级阵列结构，对太阳光有很好的捕捉效应，即极高的吸光率，由此制成的黑体纤维植绒材料中的微米级阵列结构让材料本身具有很高的毛细吸水率，因此其在太阳能海水蒸馏淡化过程中能实现自供水行为，实现太阳能全驱动海水蒸馏淡化。
优选地，所述黑体纤维垂直于所述粘合剂层和所述底板层设置；
优选地，所述黑色尼龙纤维的长度为0.5～0.8mm，例如所述黑色尼龙纤维的长度为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm；所述黑色尼龙纤维的面密度为100～200g/m2，例如所述黑色尼龙纤维的面密度为100g/m2、110g/m2、120g/m2、130g/m2、140g/m2、150g/m2、160g/m2、170g/m2、180g/m2、190g/m2、200g/m2。
优选地，所述碳纤维的长度为0.1～1.0mm，例如碳纤维的长度为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm；所述碳纤维的面密度为100～200g/m2，例如碳纤维的面密度为100g/m2、110g/m2、120g/m2、130g/m2、140g/m2、150g/m2、160g/m2、170g/m2、180g/m2、190g/m2、200g/m2。
所述粘合剂层的粘合剂为丙烯酸酯胶、环氧树脂胶和乳胶中的一种。
优选地，所述粘合剂层的厚度为80～120μm，例如粘合剂层的厚度为80μm、90μm、100μm、110μm、120μm。
所述聚合物发泡板为聚丙烯发泡板、聚苯乙烯发泡板和聚氨酯发泡板中的一种。聚合物发泡板具有轻量特性，由此制成的黑体纤维植绒材料可自漂浮在水面上，通过太阳能转换来的热能可被限域在空气-水的界面中，实现水体的局部加热行为，提高淡水产率(即光热转换率)；同时聚合物发泡板有很好的隔热性，对黑体纤维植绒材料与下方水体起到隔热效果、降低热量扩散损失。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的黑体纤维植绒材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)在底板的表面涂覆粘合剂；
2)将黑体纤维置于高压静电装置中植绒，通电后所述黑体纤维在高压电场作用下垂直飞向步骤1)涂覆了粘合剂一面的底板形成作为太阳能光热转换层的纤维阵列，得到从上到下依次为太阳能光热转换层、粘合剂层和底板层的黑体纤维植绒材料。
其中，所述高压静电装置由两块平行放置的上金属极板、下金属极板、尼龙筛网和高压直流电源组成。其制备原理为：黑体纤维在高压电场中极化产生净电荷，并在电场力作用下垂直飞向底板，被底板上涂覆的粘合胶固定形成纤维阵列。具体操作过程为：首先将黑体纤维均匀置于连接高压电源的下金属极板上，然后将涂覆有粘合剂的底板平整贴在接地的上金属极板下方，封闭静电装置并打开高压直流电源进行制备。其中，上金属极板、下金属极板可以为铜板、铁板。
作为具体的优选方案，所述黑体纤维植绒材料板的制备方法，包括如下步骤：(1)将一定量黑体纤维均匀铺在一铜板上，该铜板与高压静电输出机相连；(2)将丙烯酸酯胶均匀涂在聚氯乙烯发泡板上，胶体厚度约为100μm；之后将涂有胶体的聚氯乙烯发泡板的未涂胶面与一铁板贴合并固定，该铁板与地线相连；(3)将铁板贴有涂胶聚氯乙烯发泡板的一面架在铺有黑体纤维的铜板上方，距离为10cm；现各部分从下到上的组成为：铜板、黑色尼龙纤维、丙烯酸酯胶、聚氯乙烯发泡板、铁板，这五部分都被装进一可封闭的有机玻璃盒中；(4)将高压静电输出机的电压调制40kV，开通电源，持续5s即可在通电源时，可观察到黑体纤维因高压静电的推动力，垂直扎向涂胶的聚氯乙烯发泡板，因此大部分黑体纤维在聚氯乙烯发泡板上形成微米级的阵列结构；(5)将植绒完成的聚氯乙烯发泡板从铁板上取下，单面黑体纤维植绒材料板制备完成。
步骤1)中，所述涂覆方式为刮涂或喷涂。
优选地，步骤2)中，所述高压电场的电压为30～50kV，所述通电的时间为2～10s。
作为本发明的一个优选方案，所述黑体纤维植绒材料的制备方法包括如下步骤：
1)在底板的单面通过刮涂或喷涂的方式涂覆粘合剂；
2)将黑体纤维置于高压静电装置中单面植绒，通电后所述黑体纤维在30～50kV的高压电场作用下垂直飞向步骤1)涂覆了粘合剂一面的底板形成作为太阳能光热转换层的纤维阵列，得到从上到下依次为太阳能光热转换层、粘合剂层和底板层的单面黑体纤维植绒材料。
作为本发明的另一个优选方案，所述黑体纤维植绒材料的制备方法包括如下步骤：
1)在底板的至少两面通过刮涂或喷涂的方式涂覆粘合剂；
2)将黑体纤维置于高压静电装置中多面植绒，通电后所述黑体纤维在30～50kV的高压电场作用下垂直飞向步骤1)涂覆了粘合剂的底板形成作为太阳能光热转换层的纤维阵列，得到每一面均为从上到下依次设置的太阳能光热转换层、粘合剂层和底板层的多面黑体纤维植绒材料。
需要说明的是，所述多面植绒是指底板的至少两面进行了植绒，例如长方体形底板的两个面、三个面、四个面、五个面或六个面进行了植绒。
将单面黑体纤维植绒材料漂浮在水面上，可具有较高的淡水产率(1.16kg/m2·h)，光热转换效率可达到80％。而将单片多面超黑植绒板垂直漂浮在水面上，理论最高淡水产率可高达19.29kg/m2·h。利用将多面超黑植绒板垂直漂浮在水面上的概念，可搭建出淡水产率达2.71kg/m2·h的整体太阳能海水蒸馏淡化装置，这一产率远高于现有可应用化的太阳能海水蒸馏淡化装置。
本发明中，将至少两个所述多面黑体纤维植绒材料垂直插入所述单面黑体纤维植绒材料，至少两个所述多面黑体纤维植绒材料平行排列，制备黑体纤维植绒材料组件。由黑体纤维植绒材料组合而成的插板式立体的黑体纤维植绒材料组件作为海水蒸馏淡化装置，淡水产率可高达2.10kg/m2·h，这一淡水产率远高于现有可应用化的太阳能海水蒸馏淡化装置。
本发明的目的之三在于提供一种目的之一所述的黑体纤维植绒材料的用途，将所述黑体纤维植绒材料用于海水蒸馏淡化。本发明的黑体纤维植绒材料应用于太阳能全驱动海水(或苦碱水)蒸馏淡化具有很高的实用价值，可有效解决一些地方的淡水缺乏问题，特别是一些用水量分散、能源紧张、基础设施薄弱的地区。
将单片多面超黑植绒板垂直漂浮在水面上，最高淡水产率可高达19.29kg/m2·h。利用将多面超黑植绒板垂直漂浮在水面上的概念，可搭建出淡水产率达2.10kg/m2·h的整体太阳能海水蒸馏淡化装置。1m2该装置的理论每天产水量(按单天日照8小时计算)可达到约17kg，满足五到六个人一天所需淡水量，这一淡水产率远高于现有可应用化的太阳能海水蒸馏淡化装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的黑体纤维植绒材料，所用的黑体纤维、粘合剂、聚合物发泡板均为聚合物材料，具有成本低、抗冲击性良好、适合大规模生产、环境耐久性好等特点，制得的黑体纤维植绒材料，具有极高的吸光率、自吸水性、轻量性、自隔热保护性等特点；其中，黑体纤维植绒材料的吸光率为99％以上，将单面黑体纤维植绒材料漂浮在水面上，可具有1kg/m2·h以上的较高的淡水产率；光热转换效率在70％以上，最高可达80％；海水淡化效果测试整体盐度(Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)从海水的1000mg/L下降到1mg/L，大大超过了世界卫生组织对生活用水盐度103mg/L的要求。
(2)本发明的黑体纤维植绒材料的制备方法，采用的静电植绒法是一步法制备方法，制备工艺简单、效率高、成本低、可实现大规模制备；制备好的黑体纤维植绒材料，可根据尺寸要求进行裁剪。
(3)本发明的黑体纤维植绒材料应用于太阳能全驱动海水(或苦碱水)蒸馏淡化具有很高的实用价值，可有效解决一些地方的淡水缺乏问题，特别是一些用水量分散、能源紧张、基础设施薄弱的地区。
附图说明
图1为本发明的黑体纤维植绒材料的制备方法的原理示意图；
图2为本发明的单面黑体纤维植绒材料的结构示意图；
图3为本发明的实施例1制得的单面黑色尼龙纤维植绒材料断面的扫描电镜图；
图4为本发明的实施例2制得的多面黑色尼龙纤维植绒材料的结构示意图；
图5为本发明的实施例2制得的多面黑色尼龙纤维植绒材料的扫描电镜图；
图6为本发明的实施例2制得的插板式立体海水蒸馏淡化装置的结构示意图；
图7为本发明的实施例2制得的插板式立体海水蒸馏淡化装置的实物图；
图8为本发明的实施例3制得的单面碳纤维植绒材料断面的扫描电镜图；
图9为市面有售的Solo Still海水蒸馏淡化装置的工作原理示意图；
图10为本发明的黑体纤维植绒材料与现有技术利用太阳能进行海水蒸馏淡化的材料在淡水产率上的对比图；
图11为本发明对比例2的黑体纤维植绒材料植绒材料中不同黑色尼龙纤维长度与淡水产率的对应关系示意图；
附图标记如下：
1-太阳能光热转换层；2-粘合剂层；3-底板层；4-下金属极板；5-上金属极板；6-高压电场。
具体实施方式
下面结合附图1-11，并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明的一种黑体纤维植绒材料，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层1、粘合剂层2和底板层3，所述太阳能光热转换层1为具有微米阵列结构的黑体纤维，所述粘合剂层2为隔水胶层，所述底板层3为聚合物发泡板。
本发明的黑体纤维植绒材料的制备方法的制备原理图如图1所示，高压静电装置包括上金属极板5和下金属极板4以及位于两金属极板之间的高压电场6；制备时，将黑体纤维铺在下金属极板4(例如为铜板)上，下金属极板4与高压静电输出机相连；将粘合剂涂覆于底板上，将未涂覆胶层的一面与上金属极板5(例如铁板)贴合并固定，上金属极板5与地线相连，将上金属极板5贴有涂胶底板的一面架在铺有黑体纤维的下金属极板4的上方，调整距离；各部分从下到上的组成为：下金属极板4、黑体纤维、粘合胶、底板、上金属极板5，这五部分都被装进一可封闭的有机玻璃盒中；调制高压静电输出机的电压，开通电源进行静电植绒，在通电源时，可观察到黑体纤维因高压静电的推动力，垂直扎向涂胶的底板上，因此大部分黑体纤维在底板上形成微米级的阵列结构完成植绒。将植绒完成的底板从铁板上取下，固化后单面黑体纤维植绒材料植绒材料制备完成。制备好的单面黑体纤维植绒材料最终为三层结构材料：上层为黑体纤维层，中层为粘合胶层，下层为聚合物发泡板。同时可选择对底板的两个面、三个面、四个面、五个面、六个面都行进行涂胶和静电植绒，由此制备多面黑体纤维植绒材料，制备好的多面黑体纤维植绒材料的每一面从外到内依次为三层结构：外层为黑体纤维，中间层为粘合剂层，内层为聚合物底板层。
实施例1
本实施例的一种单面黑体纤维植绒材料，单面黑体纤维植绒材料的结构示意图和扫描电镜图分别如图2、图3所示，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层1、粘合剂层2和底板层3，所述太阳能光热转换层1的材料为黑色尼龙纤维，所述粘合剂层2的粘合胶为丙烯酸酯胶，所述底板层3为聚氯乙烯发泡板。
其中，黑色尼龙纤维垂直于底板形成微米阵列结构，纤维长度约为600μm，具有极高的吸光率和光热转换效率，为高效太阳能光热转换层；丙烯酸酯胶厚度约为100μm，具有隔水性；聚氯乙烯发泡板的厚度为3mm，具有轻量、疏水性，使材料能自漂浮在水面上，实现对材料表面水体的局部加热；同时聚氯乙烯发泡板具有隔热性、降低对外界环境的能量损失。
本实施例中黑体纤维植绒材料的制备方法如下：
(1)将5g黑色尼龙纤维(纤维直径约为16μm，长度为0.6mm)均匀铺在面积为20cm×15cm的铜板上，该铜板与高压静电输出机相连。
(2)将丙烯酸酯胶均匀涂在厚度为3mm的聚氯乙烯发泡板上，胶体厚度约为100μm；之后将涂有胶体的聚氯乙烯发泡板的未涂胶面与一铁板贴合并固定，该铁板与地线相连。
(3)将铁板贴有涂胶聚氯乙烯发泡板的一面架在铺有黑色尼龙纤维的铜板上方，距离为10cm；现各部分从下到上的组成为：铜板、黑色尼龙纤维、丙烯酸酯胶、聚氯乙烯发泡板、铁板，这五部分都被装进一可封闭的有机玻璃盒中。
(4)将高压静电输出机的电压调制40kV，开通电源，持续5s即可。在通电源时，可观察到黑色尼龙纤维因高压静电的推动力，垂直扎向涂胶的聚氯乙烯发泡板，因此大部分黑色尼龙纤维在聚氯乙烯发泡板上形成微米级的阵列结构，如图1所示。
(5)将植绒完成的聚氯乙烯发泡板从铁板上取下，黑体纤维植绒材料制备完成。
对上述实施例1中的黑体纤维植绒材料进行光反射率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果测试，测试方法和测试结果如下：
光反射率测试：
利用Lambda950分光光度计配备150nm积分球附件，在200nm～2500nm波长范围内测量黑体纤维植绒材料的光反射率，得出黑体纤维植绒材料的光反射率低于0.5％，即吸光率大于99.5％。
淡水产率测试：
将黑体纤维植绒材料漂在装有50g海水的方形塑料盒中，在三永电机XES-160S1型太阳能光模拟器下进行海水蒸发测试，光照强度为1000W/m2(单太阳能光强度)，并用天平实时监控漂有黑体纤维植绒材料的塑料盒重量变化。测量时间为4h，算出淡水产率可达到1.16kg/m2·h。
光热转换效率测试：
其中，水蒸发能量公式如式(1)所示。
Figure BDA0001813340420000101
依照淡水产率测试结果，通过水蒸发能量公式(1)，计算出黑体纤维植绒材料的光热转换效率可达到80％。
海水淡化效果测试：
将原有海水和太阳能蒸发得到的淡水进行盐度测试，因为蒸发得到的淡水为蒸馏水，所以整体盐度(Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)从海水的1000mg/L下降到1mg/L，大大超过世界卫生组织对生活用水盐度103mg/L的要求。
上述实施例1仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。当制备黑体纤维植绒材料中的黑色尼龙纤维长度在0.5mm至0.8mm之间，植绒面密度在100g/m2至200g/m2之间，制备出的黑体纤维植绒材料在光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化的测试效果都能达到实施例1中的水准。同时需要说明的是，其他黑体纤维，例如碳纤维、活性炭纤维、黑色聚合物纤维等都可利用实施例1中的制备方法制备成具有微米阵列结构的太阳能光热转换层，制备完成的材料的光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果也都可达到实施例1中的水准。此外胶体种类和厚度、底板种类和厚度、高压静电板间距离、输出大小和时间，可依据实际情况灵活调整，而不限于实施例1中所描述的方式。
因此，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的三层结构：太阳能光热转换层+隔水粘合剂+轻量、疏水、隔热底板的基础上，对材料的各组分做出其它不同形式的变化或变动，也可制备出能高效利用太阳能蒸馏淡化海水的材料。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
实施例2
本实施例的一种多面黑体纤维植绒材料组合而成的插板式立体海水蒸馏淡化装置，如图6、7所示，多面黑体纤维植绒材料的结构如图4所示，从内到外依次复合的太阳能光热转换层1、粘合剂层2和底板层3，所述太阳能光热转换层1的材料为为黑色尼龙纤维，所述粘合剂层2的粘合剂为丙烯酸酯胶，所述底板层3为聚氯乙烯发泡板。
其中，黑色尼龙纤维垂直于底板形成微米阵列结构，纤维长度约为600μm，具有极高的吸光率和光热转换效率，为高效太阳能光热转换层；丙烯酸酯胶厚度约为100μm，具有隔水性；聚氯乙烯发泡板的厚度为2mm，具有轻量、隔热性。
本实施中多面黑体纤维植绒材料组合而成的插板式立体海水蒸馏淡化装置的制备方法如下：
(1)将5g黑色尼龙纤维(纤维直径约为16μm，长度为0.6mm)均匀铺在面积为20cm×15cm的铜板上，该铜板与高压静电输出机相连。
(2)先将丙烯酸酯胶均匀涂在厚度为2mm的聚氯乙烯发泡板的一面上，胶体厚度约为100μm；之后将涂有胶体的聚氯乙烯发泡板的未涂胶面与一铁板贴合并固定，该铁板与地线相连。
(3)将铁板贴有涂胶聚氯乙烯发泡板的一面架在铺有黑色尼龙纤维的铜板上方，距离为10cm；现各部分从下到上的组成为：铜板、黑色尼龙纤维、丙烯酸酯胶、聚氯乙烯发泡板、铁板，这五部分都被装进一可封闭的有机玻璃盒中。
(4)将高压静电输出机的电压调制40kV，开通电源，持续5s即可。在通电源时，可观察到黑色尼龙纤维因高压静电的推动力，垂直扎向涂胶的聚氯乙烯发泡板，因此大部分黑色尼龙纤维在聚氯乙烯发泡板上形成微米级的阵列结构，如图1所示。
(5)将植绒完成的聚氯乙烯发泡板从铁板上取下，50℃固化3小时。
(6)重复上述(1)到(5)的步骤，对聚氯乙烯发泡板的另一面进行静电植绒，使聚氯乙烯发泡板的两面都形成微米级的黑色尼龙纤维阵列结构。
(7)将步骤(6)得到的两面黑体纤维植绒材料板裁成8cm×6cm大小，之后重复上述(1)到(5)的步骤，对两6cm和一8cm的2mm厚边进行静电植绒，最后形貌如图5所示。
(8)制备出一块的整体面积为10cm×10cm、中心植绒面积为8cm×8cm的单面黑体纤维植绒板，之后将8cm×8cm的植绒区域均匀切割出8cm×0.3cm的空条。
(9)将步骤(7)制备出的6片多面黑体纤维植绒材料板，分别插入步骤(8)制备出的底板，插入深度为1cm，露出高度为5cm，如图6所示。至此，多面黑体纤维植绒材料组合而成的插板式立体海水蒸馏淡化装置制备完成，如图7所示。
对上述实施例2中的多面黑体纤维植绒材料组合而成的插板式立体海水蒸馏淡化装置进型淡水产率、海水淡化效果测试，测试方法和测试结果如下：
淡水产率测试：
将黑体纤维植绒材料漂在装有80g海水的方形塑料盒中，在三永电机XES-160S1型太阳能光模拟器下进行海水蒸发测试，光照强度为1000W/m2(单太阳能光强度)，并用天平实时监控整体重量变化。测量时间为4h，算出淡水产率可达到2.10kg/m2·h。
海水淡化效果测试：
将原有海水和太阳能蒸发得到的淡水进行盐度测试，因为蒸发得到的淡水为蒸馏水，所以整体盐度(Na+，K+，Ca2+，Mg2+等)从海水的1000mg/L下降到1mg/L，大大超过世界卫生组织对生活用水盐度103mg/L的要求。
上述实施例2仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。当制备黑体纤维植绒材料中的黑色尼龙纤维长度在0.5mm至0.8mm之间，植绒面密度在100g/m2至200g/m2之间，制备出的黑体纤维植绒材料在淡水产率、海水淡化的测试效果都能达到实施例2中的水准。同时需要说明的是，其他黑体纤维，例如碳纤维、活性炭纤维、黑色聚合物纤维等都可利用实施例2中的制备方法制备成具有微米阵列结构的太阳能光热转换层，制备完成的材料的淡水产率、海水淡化效果也都可达到实施例2中的水准。此外胶体种类和厚度，底板种类和厚度，插板植绒的尺寸、数量和间距，底板的植绒面积，可依据实际情况灵活调整，而不限于实施例2中所描述的方式。
实施例3
本实施例的一种单面黑体维植绒材料，单面黑体纤维植绒材料的结构示意图和扫描电镜图分别如图2、图8所示，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层1、粘合剂层2和底板层3，所述太阳能光热转换层1的材料为碳纤维，所述粘合剂层2的粘合胶为丙烯酸酯胶，所述底板层3为聚氯乙烯发泡板。
其中，碳纤维垂直于底板形成微米阵列结构，碳纤维长度约为500μm，具有极高的吸光率和光热转换效率，为高效太阳能光热转换层；丙烯酸酯胶厚度约为100μm，具有隔水性；聚氯乙烯发泡板的厚度为3mm，具有轻量、疏水性，使材料能自漂浮在水面上，实现对材料表面水体的局部加热；同时聚氯乙烯发泡板具有隔热性、降低对外界环境的能量损失。
本实施例中黑体纤维植绒材料的制备方法如下：
(1)将5g碳纤维(纤维直径约为6μm，长度为0.5mm)均匀铺在面积为20cm×15cm的铜板上，该铜板与高压静电输出机相连。
(2)将丙烯酸酯胶均匀涂在厚度为3mm的聚氯乙烯发泡板上，胶体厚度约为100μm；之后将涂有胶体的聚氯乙烯发泡板的未涂胶面与一铁板贴合并固定，该铁板与地线相连。
(3)将铁板贴有涂胶聚氯乙烯发泡板的一面架在铺有碳纤维的铜板上方，距离为10cm；现各部分从下到上的组成为：铜板、碳纤维、丙烯酸酯胶、聚氯乙烯发泡板、铁板，这五部分都被装进一可封闭的有机玻璃盒中。
(4)将高压静电输出机的电压调制40kV，开通电源，持续5s即可。在通电源时，可观察到碳纤维因高压静电的推动力，垂直扎向涂胶的聚氯乙烯发泡板，因此大部分碳纤维在聚氯乙烯发泡板上形成微米级的阵列结构，如图1所示。
(5)将植绒完成的聚氯乙烯发泡板从铁板上取下，黑体纤维植绒材料制备完成。
对上述实施例3中的黑体纤维植绒材料进行光反射率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果测试，测试方法和测试结果如下：
光反射率测试：
利用Lambda950分光光度计配备150nm积分球附件，在200nm～2500nm波长范围内测量黑体纤维植绒材料的光反射率，得出黑体纤维植绒材料的光反射率低于1.0％，即吸光率大于99.0％。
淡水产率测试：
将黑体纤维植绒材料表面用海水浸湿，在三永电机XES-160S1型太阳能光模拟器下进行海水蒸发测试，光照强度为1000W/m2(单太阳能光强度)，并用天平实时监控漂有黑体纤维植绒材料的塑料盒重量变化。算出淡水产率可达到1.0kg/m2·h。
光热转换效率测试：
依照淡水产率测试结果，通过水蒸发能量公式(1)，算出黑体纤维植绒材料的光热转换效率可达到70％。
海水淡化效果测试：
将原有海水和太阳能蒸发得到的淡水进行盐度测试，因为蒸发得到的淡水为蒸馏水，所以整体盐度(Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)从海水的1000mg/L下降到1mg/L，大大超过世界卫生组织对生活用水盐度103mg/L的要求。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。当制备黑体纤维植绒材料中的碳纤维长度在0.1mm至1.0mm之间，植绒面密度在100g/m2至200g/m2之间，制备出的黑体纤维植绒材料在光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化的测试效果都能达到实施例3中的水准。同时需要说明的是，其他黑体纤维，活性炭纤维、黑色聚合物纤维等都可利用实施例3中的制备方法制备成具有微米阵列结构的太阳能光热转换层，制备完成的材料的光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果也都可达到实施例3中的水准。此外胶体种类和厚度、底板种类和厚度、高压静电板间距离、输出大小和时间，可依据实际情况灵活调整，而不限于实施例3中所描述的方式。
因此，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的三层结构：太阳能光热转换层+隔水粘合剂+轻量、疏水、隔热底板的基础上，对材料的各组分做出其它不同形式的变化或变动，也可制备出能高效利用太阳能蒸馏淡化海水的材料。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
实施例4
本实施例的一种单面黑体维植绒材料，单面黑体纤维植绒材料的结构示意图如图2，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层1、粘合剂层2和底板层3，所述太阳能光热转换层1的材料为黑色尼龙纤维，所述粘合剂层2的粘合胶为环氧树脂胶，所述底板层3为聚氯乙烯发泡板。
其中，黑色尼龙纤维垂直于底板形成微米阵列结构，黑色尼龙纤维长度约为500μm，具有极高的吸光率和光热转换效率，为高效太阳能光热转换层；环氧树脂胶厚度约为100μm；聚氯乙烯发泡板的厚度为3mm，具有轻量、疏水性，使材料能自漂浮在水面上，实现对材料表面水体的局部加热；同时聚氯乙烯发泡板具有隔热性、降低对外界环境的能量损失。
本实施例中黑体纤维植绒材料的制备方法如下：
(1)将5g黑色尼龙纤维(纤维直径约为6μm，长度为0.5mm)均匀铺在面积为20cm×15cm的铜板上，该铜板与高压静电输出机相连。
(2)将环氧树脂胶均匀涂在厚度为3mm的聚氯乙烯发泡板上，胶体厚度约为100μm；之后将涂有胶体的聚氯乙烯发泡板的未涂胶面与一铁板贴合并固定，该铁板与地线相连。
(3)将铁板贴有涂胶聚氯乙烯发泡板的一面架在铺有黑色尼龙纤维的铜板上方，距离为10cm；现各部分从下到上的组成为：铜板、黑色尼龙纤维、环氧胶、聚氯乙烯发泡板、铁板，这五部分都被装进一可封闭的有机玻璃盒中。
(4)将高压静电输出机的电压调制40kV，开通电源，持续5s即可。在通电源时，可观察到黑色尼龙纤维因高压静电的推动力，垂直扎向涂胶的聚氯乙烯发泡板，因此大部分黑色尼龙纤维在聚氯乙烯发泡板上形成微米级的阵列结构，如图1所示。
(5)将植绒完成的聚氯乙烯发泡板从铁板上取下，黑体纤维植绒材料制备完成。
对上述实施例4中的黑体纤维植绒材料进行光反射率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果测试，测试方法和测试结果如下：
光反射率测试：
利用Lambda950分光光度计配备150nm积分球附件，在200nm～2500nm波长范围内测量黑体纤维植绒材料的光反射率，得出黑体纤维植绒材料的光反射率低于0.6％，即吸光率大于99.4％。
淡水产率测试：
将黑体纤维植绒材料表面用海水浸湿，在三永电机XES-160S1型太阳能光模拟器下进行海水蒸发测试，光照强度为1000W/m2(单太阳能光强度)，并用天平实时监控漂有黑体纤维植绒材料的塑料盒重量变化。算出淡水产率可达到1.1kg/m2·h。
光热转换效率测试：
依照淡水产率测试结果，通过水蒸发能量公式(1)，算出黑体纤维植绒材料的光热转换效率可达到76％。
海水淡化效果测试：
将原有海水和太阳能蒸发得到的淡水进行盐度测试，因为蒸发得到的淡水为蒸馏水，所以整体盐度(Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)从海水的1000mg/L下降到1mg/L，大大超过世界卫生组织对生活用水盐度103mg/L的要求。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。当制备黑体纤维植绒材料中的黑色尼龙纤维长度在0.5mm至0.8mm之间，植绒面密度在100g/m2至200g/m2之间，制备出的黑体纤维植绒材料在光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化的测试效果都能达到实施例4中的水准。同时需要说明的是，其他黑体纤维，活性炭纤维、黑色聚合物纤维等都可利用实施例4中的制备方法制备成具有微米阵列结构的太阳能光热转换层，制备完成的材料的光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果也都可达到实施例4中的水准。此外胶体种类和厚度、底板种类和厚度、高压静电板间距离、输出大小和时间，可依据实际情况灵活调整，而不限于实施例4中所描述的方式。
本发明的黑体纤维植绒材料中的粘合胶主要起固定黑体纤维垂直阵列结构的作用，将粘合胶的种类和厚度调整为其他类型，对最终材料的淡水产率也能取得较理想的结果，例如，丙烯酸酯胶的涂胶厚度由100μm到500μm，最终材料的淡水产率均在1.10kg/m2·h左右。环氧树脂胶中加入气相二氧化硅来增加胶体的粘稠度，加入气相二氧化硅的含量从1wt％到5wt％，最终材料的淡水产率也均可保持在1.10kg/m2·h左右。
因此，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的三层结构：太阳能光热转换层+隔水粘合剂+轻量、疏水、隔热底板的基础上，对材料的各组分做出其它不同形式的变化或变动，也可制备出能高效利用太阳能蒸馏淡化海水的材料。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
实施例5
本实施例的一种单面黑体纤维植绒材料，单面黑体纤维植绒材料的结构示意图如图2所示，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层1、粘合剂层2和底板层3，所述太阳能光热转换层1的材料为黑色尼龙纤维，所述粘合剂层2的粘合胶为丙烯酸酯胶，所述底板层3为乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板。
其中，黑色尼龙纤维垂直于底板形成微米阵列结构，纤维长度约为600μm，具有极高的吸光率和光热转换效率，为高效太阳能光热转换层；丙烯酸酯胶厚度约为100μm，具有隔水性；乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板的厚度为3mm，具有轻量、疏水性，使材料能自漂浮在水面上，实现对材料表面水体的局部加热；同时乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板具有隔热性、降低对外界环境的能量损失。
本实施例中黑体纤维植绒材料的制备方法如下：
(1)将5g黑色尼龙纤维(纤维直径约为16μm，长度为0.6mm)均匀铺在面积为20cm×15cm的铜板上，该铜板与高压静电输出机相连。
(2)将丙烯酸酯胶均匀涂在厚度为3mm的乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板上，胶体厚度约为100μm；之后将涂有胶体的乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板的未涂胶面与一铁板贴合并固定，该铁板与地线相连。
(3)将铁板贴有涂胶乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板的一面架在铺有黑色尼龙纤维的铜板上方，距离为10cm；现各部分从下到上的组成为：铜板、黑色尼龙纤维、丙烯酸酯胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板、铁板，这五部分都被装进一可封闭的有机玻璃盒中。
(4)将高压静电输出机的电压调制40kV，开通电源，持续5s即可。在通电源时，可观察到黑色尼龙纤维因高压静电的推动力，垂直扎向涂胶的乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板，因此大部分黑色尼龙纤维在乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板上形成微米级的阵列结构，如图1所示。
(5)将植绒完成的乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板从铁板上取下，黑体纤维植绒材料制备完成。
对上述实施例5中的黑体纤维植绒材料进行光反射率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果测试，测试方法和测试结果如下：
光反射率测试：
利用Lambda950分光光度计配备150nm积分球附件，在200nm～2500nm波长范围内测量黑体纤维植绒材料的光反射率，得出黑体纤维植绒材料的光反射率低于0.5％，即吸光率大于99.5％。
淡水产率测试：
将黑体纤维植绒材料漂在装有50g海水的方形塑料盒中，在三永电机XES-160S1型太阳能光模拟器下进行海水蒸发测试，光照强度为1000W/m2(单太阳能光强度)，并用天平实时监控漂有黑体纤维植绒材料的塑料盒重量变化。测量时间为4h，算出淡水产率可达到1.10kg/m2·h。
光热转换效率测试：
依照淡水产率测试结果，通过水蒸发能量公式(1)，算出黑体纤维植绒材料的光热转换效率可达到76％。
海水淡化效果测试：
将原有海水和太阳能蒸发得到的淡水进行盐度测试，因为蒸发得到的淡水为蒸馏水，所以整体盐度(Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)从海水的1000mg/L下降到1mg/L，大大超过世界卫生组织对生活用水盐度103mg/L的要求。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。当制备黑体纤维植绒材料中的黑色尼龙纤维长度在0.5mm至0.8mm之间，植绒面密度在100g/m2至200g/m2之间，制备出的黑体纤维植绒材料在光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化的测试效果都能达到实施例5中的水准。同时需要说明的是，其他黑体纤维，例如碳纤维、活性炭纤维、黑色聚合物纤维等都可利用实施例5中的制备方法制备成具有微米阵列结构的太阳能光热转换层，制备完成的材料的光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果也都可达到实施例5中的水准。此外胶体种类和厚度、底板种类和厚度、高压静电板间距离、输出大小和时间，可依据实际情况灵活调整，而不限于实施例5中所描述的方式。
本发明的黑体纤维植绒材料中的聚合物发泡底板主要起到隔热和水面漂浮的作用，聚合物发泡底板的种类及厚度调整为其他类型，对最终材料的淡水产率也能取得较理想的结果，例如以聚氯乙烯发泡板作为底板，底板的厚度由3mm到10mm，最终材料的淡水产率均在1.10kg/m2·h左右。若将黑体纤维植绒材料的底板换成乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡板或聚氨酯发泡板，可起到聚氯乙烯发泡板相同的作用，最终材料的淡水产率也均可保持在1.10kg/m2·h左右。
因此，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的三层结构：太阳能光热转换层+隔水粘合剂+轻量、疏水、隔热底板的基础上，对材料的各组分做出其它不同形式的变化或变动，也可制备出能高效利用太阳能蒸馏淡化海水的材料。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
实施例6
本实施例的一种单面黑体纤维植绒材料，单面黑体纤维植绒材料的结构示意图如图2，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层1、粘合剂层2和底板层3，所述太阳能光热转换层1的材料为黑色尼龙纤维，所述粘合剂层2的粘合胶为丙烯酸酯胶，所述底板层3为聚氯乙烯发泡板。
其中，黑色尼龙纤维垂直于底板形成微米阵列结构，纤维长度约为600μm，具有极高的吸光率和光热转换效率，为高效太阳能光热转换层；丙烯酸酯胶厚度约为100μm，具有隔水性；聚氯乙烯发泡板的厚度为3mm，具有轻量、疏水性，使材料能自漂浮在水面上，实现对材料表面水体的局部加热；同时聚氯乙烯发泡板具有隔热性、降低对外界环境的能量损失。
本实施例中黑体纤维植绒材料的制备方法如下：
(1)将5g黑色尼龙纤维(纤维直径约为16μm，长度为0.6mm)均匀铺在面积为20cm×15cm的铜板上，该铜板与高压静电输出机相连。
(2)将丙烯酸酯胶均匀涂在厚度为3mm的聚氯乙烯发泡板上，胶体厚度约为100μm；之后将涂有胶体的聚氯乙烯发泡板的未涂胶面与一铁板贴合并固定，该铁板与地线相连。
(3)将铁板贴有涂胶聚氯乙烯发泡板的一面架在铺有黑色尼龙纤维的铜板上方，距离为10cm；现各部分从下到上的组成为：铜板、黑色尼龙纤维、丙烯酸酯胶、聚氯乙烯发泡板、铁板，这五部分都被装进一可封闭的有机玻璃盒中。
(4)将高压静电输出机的电压调制30kV，开通电源，持续5s即可。在通电源时，可观察到黑色尼龙纤维因高压静电的推动力，垂直扎向涂胶的聚氯乙烯发泡板，因此大部分黑色尼龙纤维在聚氯乙烯发泡板上形成微米级的阵列结构，如图1所示。
(5)将植绒完成的聚氯乙烯发泡板从铁板上取下，黑体纤维植绒材料制备完成。
对上述实施例6中的黑体纤维植绒材料进行光反射率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果测试，测试方法和测试结果如下：
光反射率测试：
利用Lambda950分光光度计配备150nm积分球附件，在200nm～2500nm波长范围内测量黑体纤维植绒材料的光反射率，得出黑体纤维植绒材料的光反射率低于0.6％，即吸光率大于99.4％。
淡水产率测试：
将黑体纤维植绒材料漂在装有50g海水的方形塑料盒中，在三永电机XES-160S1型太阳能光模拟器下进行海水蒸发测试，光照强度为1000W/m2(单太阳能光强度)，并用天平实时监控漂有黑体纤维植绒材料的塑料盒重量变化。测量时间为4h，算出淡水产率可达到1.08kg/m2·h。
光热转换效率测试：
依照淡水产率测试结果，通过水蒸发能量公式(1)，算出黑体纤维植绒材料的光热转换效率可达到75％。
海水淡化效果测试：
将原有海水和太阳能蒸发得到的淡水进行盐度测试，因为蒸发得到的淡水为蒸馏水，所以整体盐度(Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)从海水的1000mg/L下降到1mg/L，大大超过世界卫生组织对生活用水盐度103mg/L的要求。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。当制备黑体纤维植绒材料中的黑色尼龙纤维长度在0.5mm至0.8mm之间，植绒面密度在100g/m2至200g/m2之间，制备出的黑体纤维植绒材料在光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化的测试效果都能达到实施例6中的水准。同时需要说明的是，其他黑体纤维，例如碳纤维、活性炭纤维、黑色聚合物纤维等都可利用实施例6中的制备方法制备成具有微米阵列结构的太阳能光热转换层，制备完成的材料的光吸收率、淡水产率、光热转换率、海水淡化效果也都可达到实施例6中的水准。此外胶体种类和厚度、底板种类和厚度、高压静电板间距离、输出大小和时间，可依据实际情况灵活调整，而不限于实施例6中所描述的方式。
因此，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的三层结构：太阳能光热转换层+隔水粘合剂+轻量、疏水、隔热底板的基础上，对材料的各组分做出其它不同形式的变化或变动，也可制备出能高效利用太阳能蒸馏淡化海水的材料。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
对比例1
本发明中提供的黑体纤维植绒材料的利用太阳能的最高淡水产率可达2.10kg/m2·h，远超过市面上销售的Solo Sill的淡水产率0.34kg/m2·d，市面有售的Solo Still海水蒸馏淡化装置的示意图如图9所示。同时相比于现有技术中的材料的淡水产率，例如碳泡沫材料的淡水产率1.1kg/m2·h、纳米金粒子多孔结构的淡水产率0.93kg/m2·h、表面碳化木材的淡水产率1.06kg/m2·h、纳米金粒子薄膜的淡水产率0.93kg/m2·h、碳纳米管薄膜的淡水产率1.25kg/m2·h、多孔氧化石墨烯的淡水产率1.3kg/m2·h、垂直阵列石墨烯片层的淡水产率1.62kg/m2·h、多孔结构石墨烯泡沫的淡水产率1.4kg/m2·h、碳黑纸的淡水产率1.28kg/m2·h、黑体聚合物泡沫的淡水产率1.18kg/m2·h，本发明中提供的黑体纤维植绒材料的最高淡水产率可达2.10kg/m2·h，在淡水产率的性能上有明显的优势，对比图如图10所示。此外，不同于纳米材料的制备工艺复杂与材料成本昂贵，本发明中提供的黑体纤维植绒材料的制备方法简单，不涉及高温和化学溶剂的使，所需材料成本低，均为市场普遍使用材料，具有很强的商业应用潜力。
对比例2
以黑色尼龙纤维制备出的植绒材料为例，黑色尼龙纤维的长度对最终植绒材料的淡水产率性能方面有很大的影响。参照实施例1中黑体纤维植绒材料的制备方法，用不同长度的黑色尼龙纤维(0.3mm，0.6mm，0.8mm，1.0mm)分别制备出黑体纤维植绒材料。如图11所示，黑体纤维植绒材料在黑色尼龙纤维长度在0.6mm和0.8mm时，表现出优异的淡水产率；而黑色尼龙纤维长度在0.3mm和1.0mm时，黑体纤维植绒材料的淡水产率则相对较低。
以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种吸光率为99％以上、光热转换效率为70-80％、用于海水蒸馏淡化时淡水产率为1kg/m2·h以上的黑体纤维植绒材料，其特征在于，包括从上到下依次设置的太阳能光热转换层(1)、粘合剂层(2)和底板层(3)，所述太阳能光热转换层(1)为具有微米阵列结构的黑体纤维，所述粘合剂层(2)为隔水胶层，所述底板层(3)为聚合物发泡板；所述黑体纤维垂直于所述粘合剂层(2)和所述底板层(3)设置；
所述粘合剂层(2)的粘合剂为丙烯酸酯胶、环氧树脂胶中的一种；
所述聚合物发泡板为聚丙烯发泡板、聚苯乙烯发泡板和聚氨酯发泡板中的一种；
所述黑体纤维为黑色尼龙纤维、碳纤维中的一种；所述黑色尼龙纤维的长度为0.5～0.8mm，所述黑色尼龙纤维的面密度为100～200g/m2，所述碳纤维的长度为0.1～1.0mm；所述碳纤维的面密度为100～200g/m2；
其中，所述黑体纤维植绒材料通过如下方法制备：
1)在底板的表面涂覆粘合剂；
2)将黑体纤维置于高压静电装置中植绒，通电后所述黑体纤维在高压电场作用下垂直飞向步骤1)涂覆了粘合剂一面的底板形成作为太阳能光热转换层的纤维阵列，所述高压电场的电压为30～50kV，所述通电的时间为2～10s，得到从上到下依次为太阳能光热转换层(1)、粘合剂层(2)和底板层(3)的黑体纤维植绒材料。
2.根据权利要求1所述的黑体纤维植绒材料，其特征在于，所述粘合剂层(2)的厚度为80～120μm。
3.一种如权利要求1或2所述的黑体纤维植绒材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)在底板的表面涂覆粘合剂；
2)将黑体纤维置于高压静电装置中植绒，通电后所述黑体纤维在高压电场作用下垂直飞向步骤1)涂覆了粘合剂一面的底板形成作为太阳能光热转换层的纤维阵列，得到从上到下依次为太阳能光热转换层(1)、粘合剂层(2)和底板层(3)的黑体纤维植绒材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，涂覆的方式为刮涂或喷涂。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述高压电场的电压为30～50kV，所述通电的时间为2～10s。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)在底板的单面通过刮涂或喷涂的方式涂覆粘合剂；
2)将黑体纤维置于高压静电装置中单面植绒，通电后所述黑体纤维在30～50kV的高压电场作用下垂直飞向步骤1)涂覆了粘合剂一面的底板形成作为太阳能光热转换层的纤维阵列，得到从上到下依次为太阳能光热转换层(1)、粘合剂层(2)和底板层(3)的单面黑体纤维植绒材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)在底板的至少两面通过刮涂或喷涂的方式涂覆粘合剂；
2)将黑体纤维置于高压静电装置中多面植绒，通电后所述黑体纤维在30～50kV的高压电场作用下垂直飞向步骤1)涂覆了粘合剂的底板形成作为太阳能光热转换层的纤维阵列，得到每一面均为从上到下依次设置的太阳能光热转换层(1)、粘合剂层(2)和底板层(3)的多面黑体纤维植绒材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将至少两个所述多面黑体纤维植绒材料垂直插入所述单面黑体纤维植绒材料，至少两个所述多面黑体纤维植绒材料平行排列，制备黑体纤维植绒材料组件。
9.一种如权利要求1或2所述的黑体纤维植绒材料的用途，其特征在于，将所述黑体纤维植绒材料用于海水蒸馏淡化。
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