CN113418307A - 一种高效的太阳能转化炊具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效的太阳能转化炊具的制备方法。该方法包括下述步骤：1)将黑材料进行研磨，然后再将其喷涂到金属炊具底部；2)将高分子材料溶于有机溶剂中制备成混合溶剂，再将其喷涂至所述金属炊具底部；3)先将步骤2)处理后的金属炊具在室温下干燥，然后再进行高温碳化，即得。该太阳能转化炊具能有效的吸收太阳光，太阳光的吸收率在0.9以上。并且太阳能转化炊具再经过火焰煅烧后以及高温处理后仍具有高效的太阳光吸收率，其太阳光吸收率仍然能达到0.9以上。同时该太阳能转化炊具能很好的抗机械损坏以及化学腐蚀，使其应用范围得到了极大的提升，并且本涂层能长期使用。

Description

一种高效的太阳能转化炊具
技术领域
本发明属于光热领域，具体涉及一种高效的太阳能转化炊具。
背景技术
目前，国内太阳能热利用的产品很多，利用太阳光作为能源去实施煮饭、烧水、炒菜一方面能节约能源，另一方面也能极大的方便人民的生活。但目前来看，同类的产品以及专利都聚焦于太阳能灶，解决其携带不方便、需要时刻移动、使用不方便等问题。但其仍然存在使用时间短，不能全天全季节使用等缺点，例如：其使用的时间仅限于太阳光比较强的中午以及室温比较高的夏天，在冬天或者是早晨傍晚的时候很难利用太阳能来进行炊事，这极大的限制了太阳能炊具在日常生活中的应用。
作为光热转化的光热转化效率的核心器件——炊具，其对太阳能低的利用率是限制太阳能炊具的进一步应用的核心问题，即使用目前现有的手段专门对金属进行修饰，使其增大其对太阳能的吸收，但对于便宜的炊具来说，仍存在一系列问题，一方面：专门上一层光热材料使其价格更加昂贵，经济上不足以抵消因使用太阳能带来的经济效应，另一方面，光热材料的脆弱性使其不能靠近高温以及火焰，从而使其变成了专门的太阳能炊具，不具有普适性，增加了使用者的成本。因此，在提高炊具的光热转化效率的同时实现其仍能在高温以及火焰上使用是目前亟需解决的难题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效的太阳能转化炊具，该炊具能有效的解决上述现有炊具存在的问题，在实现高效转化太阳能的情况下，该炊具仍能当作正常的炊具使用。
该太阳能转化炊具可以通过以下技术方案来实现：
一种高效的太阳能转化炊具的制备方法，包括下述步骤：
1)将黑材料进行研磨，然后再将其喷涂到金属炊具底部；
2)将一定量的高分子材料溶于有机溶剂中制备成混合溶剂，再将混合溶剂喷涂至步骤1)所述金属炊具底部；
3)先将步骤2)处理后的金属炊具在室温下干燥，然后再进行高温碳化，即得。
上述的制备方法中，所述黑材料选自常见的碳黑材料，包括但不局限于碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、石墨、碳黑等一系列黑材料。所述黑材料研磨至粒径小于20um。
通过大量的实验研究发现，当喷涂的黑材料厚度为50-80微米时光热效果最好。
上述的制备方法中，步骤1)中所述喷涂具体是使用涂料喷漆机将黑材料粉末均匀的喷到金属炊具底部。
上述的制备方法中，所述金属炊具由下述任意材料制成：不锈钢、铝、以及铝合金等常见的金属炊具。
上述的制备方法中，所述有机溶剂可以为二氯甲烷、丙酮、甲苯、苯、三氯甲烷、乙酸乙酯等溶剂中的一种或者多种。所述高分子材料为常见的包含硅氧键的材料，包括但不局限于聚酚氧树脂、聚硅氧烷、聚二氧化硅等。所述聚酚氧树脂的分子量可为10000-600000，具体分子量可为300000；所述聚硅氧烷的分子量可为10000-800000，具体分子量可为110000；所述聚二氧化硅的分子量可为5000-100000，具体分子量可为50000。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2)中，混合溶剂中高分子材料的质量分数为5％-20％。
上述的制备方法中，步骤2)中所述混合溶剂的用量为100g/m2-1000 g/m2。
上述的制备方法中，所述室温下干燥的时间可为1-2小时，使溶剂挥发干；所述高温碳化的温度为700-1000摄氏度，时间为8-10小时。所述高温碳化可在马弗炉中进行。
上述方法制备得到太阳能转化炊具也属于本发明的保护范围。
本发明还保护上述太阳能转化炊具在光热领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的太阳能转化炊具能有效的吸收太阳光，太阳光的吸收率在0.9以上。
(2)本发明得到的太阳能转化炊具经过火焰煅烧后以及高温处理后仍具有高效的太阳光吸收率，其太阳光吸收率仍然能达到0.9以上。
(3)本发明中得到的太阳能转化炊具能很好的抗机械损坏以及化学腐蚀，使其应用范围得到了极大的提升，并且本涂层能长期使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
下述实施例中太阳能吸收率的测定方法为：紫外-可见吸收光谱和红外吸收光谱的反射率。抗机械性能的测定方法为：利用不锈钢在膜表面摩擦，膜无脱落为良好。抗腐蚀性能的测定方法为：分别在10％的硫酸以及10％的氢氧化钠溶液中浸泡2天，无变化为良好。耐火性能的测定方法为：直接用喷灯焰心接触该材料，持续1分钟左右；膜没有明显外观变化的情况为良好。
耐受温度的测定方法为直接放入马弗炉中，升温至所验证的温度，平衡1小时，再降温
实施例1、
本实施例中制备步骤具体如下：
1.将石墨烯加入研磨仪中以每分钟1800转的情况下研磨2分钟，使其尺寸降至20微米以下，将得到的黑色粉末加入至涂料喷漆机中，然后用将黑粉末均匀的喷到金属炊具(由铝合金材料制成)底部，喷涂30秒，使其平均厚度在50微米左右。
2.取5g聚酚氧树脂(分子量300000)溶于100mL丙酮中制备成混合溶剂，再将混合溶剂转移至喷枪中，使炊具与喷枪口成90°，连续喷涂5分钟直至炊具表面布满液滴。
3.将炊具在通风条件较好的情况下室温干燥1小时使液滴挥发干，然后将炊具转移至马弗炉中，700摄氏度下煅烧8小时。
4.将所得的炊具在正午12点进行烧水表征，10分钟的情况下能将1升水从室温烧至开水(100度)。
实施例2-5、
实施例2-5与实施例1的步骤相同，其中涂料喷漆机所用时间分别为20、40、50、60秒。所得的黑色粉末的平均厚度为40微米、60微米、80微米、100微米左右。
上述实验所得的光热性能见表1，并同时进行了烧水表征：可知，黑色粉末的平均厚度在50微米到80微米之间时比较合适，虽然材料厚度超过80微米时光热性能会略微上升，但上升比例不大，完全没必要，同时由于过厚导致导热性能下降，因此不推荐使用：
表1：不同涂料喷漆机所用时间得到的太阳能灶的性能
Figure BDA0002626843520000031
实施例6-8、
实施例6-8与实施例1的实验步骤类似，其中黑材料依次替换成碳纳米管、碳黑、石墨，所得的太阳转化炊具对太阳能的吸收率均能达到92％以上，烧开1升水所需时间为10分钟左右，不影响其它性能。
实施例9-10、
实施例9-10与实施例1的实验步骤类似，其中高分子材料的质量分别为10g以及20g，所得的太阳转化炊具对太阳能的吸收率几乎一样。因此可以得到，高分子材料的质量分数为5％-20％时能很好的吸收太阳光。
实施例11-14、
实施例11-14与实施例1的实验步骤类似，在马弗炉中的温度分别为600摄氏度、800摄氏度、1000摄氏度以及1100摄氏度。得到的材料性能如下表2所示。通过表中数据可得，当马弗炉温度过低时会使炊具的耐火性能变差，无法将其应用于正常的烧水煮饭，当马弗炉温度过高时，光热性能会下降，因此在700-1000摄氏度比较合适。
表2：不同温度对性能的影响
Figure BDA0002626843520000041
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能转化炊的制备方法，包括下述步骤：
1)将黑材料进行研磨，然后再将其喷涂到金属炊具底部；
2)将高分子材料溶于有机溶剂中制备成混合溶剂，再将所述混合溶剂喷涂至步骤1)所述金属炊具底部；
3)先将步骤2)处理后的金属炊具在室温下干燥，然后再进行高温碳化，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述黑材料选自碳黑材料，包括下述至少一种：碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、石墨、碳黑；所述黑材料研磨至粒径小于20um。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中喷涂到金属炊具底部的黑材料厚度为50-80微米。
4.根据权利要求1-3中任一项的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述喷涂具体是使用涂料喷漆机将黑材料粉末均匀的喷到金属炊具底部。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述有机溶剂为二氯甲烷、丙酮、甲苯、苯、三氯甲烷、乙酸乙酯中的一种或者多种；
所述高分子材料为包含硅氧键的材料，包括下述至少一种：聚酚氧树脂、聚硅氧烷、聚二氧化硅。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述混合溶剂中高分子材料的质量分数为5％-20％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述混合溶剂的用量为100g/m2-1000 g/m2。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述室温下干燥的时间为1-2小时；所述高温碳化的温度为700-1000摄氏度，时间为8-10小时。
9.权利要求1-8中任一项所述方法制备得到的太阳能转化炊具。
10.权利要求9所述太阳能转化炊具在光热领域中的应用。
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