CN112831142A - 仿珍珠母层状结构超黑薄膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了仿珍珠母层状结构超黑薄膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将MMT加入去离子水中，制备均匀的MMT水分散液；制备PVA水溶液；将PVA水溶液滴加到所述MMT水分散体中得到PVA‑MMT胶状分散液；(2)将含有SDS和CNTs的水分散液超声处理，滴加到所述PVA‑MMT胶状分散液中，超声，得到超黑母液；(3)将所述超黑母液通过3‑5次真空抽滤自组装，得到仿珍珠母层状结构超黑薄膜；实验证明，本发明的仿珍珠母层状结构超黑薄膜在太阳光谱范围内(250‑2400nm)的太阳吸收比A＝96.3％以上，且依然保持优异的力学性能，该制作方法简便且可以大规模制备。

Description

仿珍珠母层状结构超黑薄膜及制备方法
技术领域
本发明属于纳米复合太阳光应用材料领域，具体涉及一种仿珍珠母层状结构超黑薄膜及制备方法。
背景技术
超黑材料的应用广泛，例如可以利用在太阳能转换领域，使太阳能尽可能的转换为更多的电能、热能等，将其利用在太阳能电池、光热治疗、农业生产等；还可以减少光学系统中杂散光的影响等等。但目前报道的超黑材料具有品种有限且制作成本较高等的缺点，而且实现超黑材料的表面微纳结构大多为纳米柱或纳米锥形结构，具有层状结构的超黑材料目前还没有报道。
珍珠母层状结构，由于其本身独特的力学性能和光学性能的特征，吸引了许多研究人员的关注。通过研究，发现了许多具有珍珠母层状结构的无机材料，如无机蒙脱土、氧化石墨烯、双金属氢氧化物等。但由于无机材料加工性能差，研究人员大多利用聚合物优异的加工成膜特性，将其与无机纳米材料复合，构筑基于仿生纳米阵列的薄膜。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种仿珍珠母层状结构超黑薄膜。
本发明的第二个目的是提供一种仿珍珠母层状结构超黑薄膜的制备方法。
本发明的技术方案概述如下：
仿珍珠母层状结构超黑薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将MMT加入去离子水中，通过转速400-600rpm机械搅拌44-52h，再超声2-6h，3000-5000rpm离心两次，每次10-20min，得到浓度0.2-0.6wt％的均匀的MMT水分散液；在搅拌下将PVA加入去离子水中，加热至90-95℃，溶解得到PVA水溶液；将PVA水溶液滴加到所述MMT水分散体中得到PVA-MMT胶状分散液；PVA的MW＝85000-124000g·mol-1,醇解度>99％；
(2)将含有SDS和CNTs的水分散液超声处理20-40min，滴加到所述PVA-MMT胶状分散液中，超声20-40min，得到超黑母液；
(3)将所述超黑母液通过3-5次真空抽滤自组装，得到仿珍珠母层状结构超黑薄膜；
所述MMT、PVA、CNTs和SDS的质量比为30-70：60-20：1：9；
所述MMT为无机蒙脱土的缩写；
所述PVA为聚乙烯醇的缩写；
所述CNTs为羧基化的碳纳米管的缩写；
所述SDS为十二烷基硫酸钠的缩写。
上述超声操作均优选：使用探头为13mm，功率为20kHz，振幅设定为30％，超声模式为1s超声，1s间断。
步骤(3)优选为：将所述超黑母液使用真空玻璃抽滤漏斗装置，孔径为0.2微米的纤维素滤纸，通过3-5次真空抽滤自组装，得到仿珍珠母层状结构超黑薄膜。
上述方法制备的仿珍珠母层状结构超黑薄膜。
本发明的优点：
实验证明，本发明的仿珍珠母层状结构超黑薄膜在太阳光谱范围内(250-2400nm)太阳吸收比A＝96.3％以上，且依然保持优异的力学性能，该制作方法简便且可以大规模制备。
附图说明
图1为仿珍珠母层状结构超黑薄膜的实物图。
图2为仿珍珠母层状结构超黑薄膜的扫描电镜图(SEM)。
图3为仿珍珠母层状结构超黑薄膜的红外光谱图。
图4为通过真空抽滤组装得到的仿珍珠母层状结构超黑薄膜的紫外吸收光谱图。
图5为仿珍珠母层状结构超黑薄膜的应力应变曲线。
具体实施方式
所述MMT为无机蒙脱土的缩写；
所述PVA为聚乙烯醇的缩写；
所述CNTs为羧基化的碳纳米管的缩写；
所述SDS为十二烷基硫酸钠的缩写；
所述MMT-PVA-CNTs是制备的超黑薄膜的缩写。
图4所述4L为通过4次真空抽滤组装；30wt％、50wt％、70wt％分别为制备的超黑薄膜中MMT的含量；
图5所述50wt％MMT-PVA-CNTs、70wt％MMT-PVA-CNTs分别为MMT含量为50wt％、70wt％时的超黑薄膜；50wt％MMT-PVA、70wt％MMT-PVA分别为MMT含量为50wt％、70wt％时的胶状分散液制成的胶状分散薄膜。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
仿珍珠母层状结构超黑薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将MMT加入去离子水中，通过转速500rpm机械搅拌48h，再超声4h，4000rpm离心两次，每次15min，得到浓度0.5wt％的均匀的MMT水分散液；在搅拌下将PVA加入去离子水中，加热至93℃，溶解得到浓度0.4wt％PVA水溶液；将PVA水溶液滴加到所述MMT水分散体中得到PVA-MMT胶状分散液；PVA的MW＝85000-124000g·mol-1,醇解度>99％；
(2)将含有SDS和CNTs的水分散液超声处理30min，滴加到所述PVA-MMT胶状分散液中，超声30min，得到超黑母液；含有SDS和CNTs的水分散中CNTs的浓度0.01wt％；SDS的质量是CNTs的9倍；
(3)将10mL超黑母液使用真空玻璃抽滤漏斗装置，孔径为0.2微米的纤维素滤纸，通过4次真空抽滤自组装，得到仿珍珠母层状结构超黑薄膜(MMT-PVA-CNTs)。
通过4次真空抽滤胶状分散液得到的胶状分散薄膜(MMT-PVA)。
上述超声均使用探头为13mm，功率为20kHz，振幅设定为30％，超声模式为1s超声，1s间断的仪器。
所述MMT、PVA、CNTs和SDS的质量比为50：40：1：9。见图1、2、3。
实施例2
仿珍珠母层状结构超黑薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将MMT加入去离子水中，通过转速400rpm机械搅拌52h，再超声2h，3000rpm离心两次，每次20min，得到浓度0.3wt％的均匀的MMT水分散液；在搅拌下将PVA加入去离子水中，加热至90℃，溶解得到浓度0.6wt％PVA水溶液；将PVA水溶液滴加到所述MMT水分散体中得到PVA-MMT胶状分散液；PVA的MW＝85000-124000g·mol-1,醇解度>99％；
(2)将含有SDS和CNTs的水分散液超声处理20min，滴加到所述PVA-MMT胶状分散液中，超声20min，得到超黑母液；含有SDS和CNTs的水分散中CNTs的浓度0.01wt％；SDS的质量是CNTs的9倍；
(3)将10mL超黑母液使用真空玻璃抽滤漏斗装置，孔径为0.2微米的纤维素滤纸，通过4次真空抽滤自组装，得到仿珍珠母层状结构超黑薄膜。
所述MMT、PVA、CNTs和SDS的质量比为30：60：1：9。
上述超声均使用探头为13mm，功率为20kHz，振幅设定为30％，超声模式为1s超声，1s间断的仪器。
真空抽滤的次数也可以是5次。
实施例3
仿珍珠母层状结构超黑薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将MMT加入去离子水中，通过转速600rpm机械搅拌44h，再超声6h，5000rpm离心两次，每次10min，得到浓度0.7wt％的均匀的MMT水分散液；在搅拌下将PVA加入去离子水中，加热至95℃，溶解得到浓度0.2wt％PVA水溶液；将PVA水溶液滴加到所述MMT水分散体中得到PVA-MMT胶状分散液；PVA的MW＝85000-124000g·mol-1,醇解度>99％；
(2)将含有SDS和CNTs的水分散液超声处理40min，滴加到所述PVA-MMT胶状分散液中，超声40min，得到超黑母液；含有SDS和CNTs的水分散中CNTs的浓度0.01wt％；SDS的质量是CNTs的9倍；
(3)将10mL超黑母液使用真空玻璃抽滤漏斗装置，孔径为0.2微米的纤维素滤纸，通过4次真空抽滤自组装，得到仿珍珠母层状结构超黑薄膜(MMT-PVA-CNTs)
通过4次真空抽滤胶状分散液得到的胶状分散薄膜(MMT-PVA)。
所述MMT、PVA、CNTs和SDS的质量比为70：20：1：9。
上述超声均使用探头为13mm，功率为20kHz，振幅设定为30％，超声模式为1s超声，1s间断的仪器。
真空抽滤的次数也可以是3次。
实施例2、实施例1和实施例3制备的仿珍珠母层状结构超黑薄膜紫外吸收光谱图见图4，图4所述4L为通过4次真空抽滤组装；30wt％、50wt％、70wt％分别为制备的超黑薄膜中MMT的含量。
图5所述50wt％MMT-PVA-CNTs、70wt％MMT-PVA-CNTs分别为MMT含量为50wt％、70wt％时的超黑薄膜；50wt％MMT-PVA、70wt％MMT-PVA分别为MMT含量为50wt％、70wt％时的胶状薄膜(胶状分散液通过4次真空抽滤制成的膜)。
经紫外光谱仪测试，得到超黑薄膜的反射曲线，见图4，根据(GJB-2502.1-2006)计算出由实施例1得到的超黑薄膜的太阳吸收比A＝96.4％；实施例2得到的超黑薄膜的太阳吸收比A＝96.3％；实施例3得到的超黑薄膜的太阳吸收比A＝96.9％；
使用拉力机进行单轴拉伸实验，将实施例1、实施例3制备的超黑薄膜MMT-PVA-CNTs和相应胶状薄膜MMT-PVA裁剪成矩形(约20mm×5.3mm)，厚度约0.1-0.2mm。所有拉伸实验均在以下条件进行：应变速率为3mm/min，室温(约25℃)。见图5。

Claims (3)

1.仿珍珠母层状结构超黑薄膜的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)将MMT加入去离子水中，通过转速400-600rpm机械搅拌44-52h，再超声2-6h，3000-5000rpm离心两次，每次10-20min，得到浓度0.2-0.6wt％的均匀的MMT水分散液；在搅拌下将PVA加入去离子水中，加热至90-95℃，溶解得到PVA水溶液；将PVA水溶液滴加到所述MMT水分散体中得到PVA-MMT胶状分散液；
(2)将含有SDS和CNTs的水分散液超声处理20-40min，滴加到所述PVA-MMT胶状分散液中，超声20-40min，得到超黑母液；
(3)将所述超黑母液通过3-5次真空抽滤自组装，得到仿珍珠母层状结构超黑薄膜；
所述MMT、PVA、CNTs和SDS的质量比为30-70：60-20：1：9；
所述MMT为无机蒙脱土的缩写；
所述PVA为聚乙烯醇的缩写；
所述CNTs为羧基化的碳纳米管的缩写；
所述SDS为十二烷基硫酸钠的缩写。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(3)为：将所述超黑母液使用真空玻璃抽滤漏斗装置，孔径为0.2微米的纤维素滤纸，通过3-5次真空抽滤自组装，得到仿珍珠母层状结构超黑薄膜。
3.权利要求1或2的方法制备的仿珍珠母层状结构超黑薄膜。
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