CN114211831A - 一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法 - Google Patents
一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114211831A CN114211831A CN202111614967.5A CN202111614967A CN114211831A CN 114211831 A CN114211831 A CN 114211831A CN 202111614967 A CN202111614967 A CN 202111614967A CN 114211831 A CN114211831 A CN 114211831A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- laser
- film
- thickened
- polymer
- 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.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 111
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 111
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 40
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 12
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 12
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 4
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 3
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 239000002194 amorphous carbon material Substances 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000007626 photothermal therapy Methods 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
- B32B9/007—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile comprising carbon, e.g. graphite, composite carbon
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G13/00—Protecting plants
- A01G13/02—Protective coverings for plants; Coverings for the ground; Devices for laying-out or removing coverings
- A01G13/0256—Ground coverings
- A01G13/0268—Mats or sheets, e.g. nets or fabrics
- A01G13/0275—Films
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
- B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
- C08J7/06—Coating with compositions not containing macromolecular substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/12—Chemical modification
- C08J7/123—Treatment by wave energy or particle radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/70—Other properties
- B32B2307/716—Degradable
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2379/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2361/00 - C08J2377/00
- C08J2379/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- C08J2379/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法，其包括使用1064纳米激光照射PI膜时激光能部分穿过PI膜，可同时在PI膜的上表面和下表面产生石墨烯，并且在此过程中石墨烯粉末可被激光气体推向置于下面的聚合物接收衬底上；接着对已经激光照射的聚酰亚胺薄膜进行再次激光扫描，可实现石墨烯粉末向衬底的再次沉积，形成增厚后的石墨烯层；热辊压可实现复合材料的成膜，主要的成膜材料为热塑性的聚合物。本发明所提及的方法将石墨烯的快速制备和复合材料的成膜集成在卷对卷工艺的一个步骤中，有利于大规模的工业化生产；高质量的石墨烯可提高地膜的光催化效率和光热转换效率，所制备的复合材料地膜在在高效利用太阳能的同时实现光催化降解，有利于保护农业生态。
Description
技术领域
本发明涉及一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法，属于农业地膜新材料技术领域。
背景技术
化石能源日益枯竭，能源危机的问题逐渐凸显出来，专家预计，全球的石油和煤炭将会在百年内耗尽。人类面临着环境污染和能源危机的双重考验。因此，寻找清洁、可再生的替代能源和治理日益严峻的环境污染已经刻不容缓，成为各国竞相研宄的热。在人们开发研究的众多可再生能源，如太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等之中，太阳能具有分布广泛、清洁、稳定、储量巨大等特点，据科学家报道，太阳每小时向地球发射的能量就超过人类一年消耗的全部能量的总和。此外，太阳能还具有一项独特的优势是其能够与不同性质的材料相互作用，向多种形式的能量转化，满足人类的多种需求。因此，对太阳能的转化利用有望同时解决环境污染和能源危机双重问题，太阳能是最具发展前景的可再生能源。
光热转化是由于物质内的电子、原子(团)等微观粒子吸收能量后发生跃迁而产生的；当入射光的能量恰好与电子产生跃迁所需能量相吻合时，光热材料分子内的一些电子才能被激发跃迁到一个更高的能级上，这个过程就被称作光激发跃迁。在这个过程中，光子的能量完全被电子所吸收，然而高能态的电子极不稳定，往往会通过弛豫返回到低能态。弛豫现象是自发进行的，是通过产生光子的辐射或者产生如电子、电子空穴对和声子等热载流子的非辐射形式释放能量，最后返回低能级的现象。通过电子-电子、电子-声子和声子-声子相互作用，这些热载流子将能量重新分配，促使光热材料的表面温度得以提高，最终产生热量。实现太阳能高效光热转换利用，关键是进行高效稳定的光热转换材料的设计制备。光热转换材料的本质就是能够吸收太阳光，并且将吸收的太阳能通过等离子体共振或者能量带跃迁的方式转变成热能。
石墨烯作为最薄的二维结构材料，自问世以来就因其优异的电学、光学及力学性能受到研究者们广泛关注，在电子、能源、环境和生物领域开展了大量的研究。自2008年斯坦福大学的戴宏杰研究小组发现石墨烯对近红外光的强吸收特性，并将其与聚乙二醇复合产生的光热效应成功应用于光热治疗和光热成像方面后，不仅为实现癌症的治愈提供了一个新的机遇，同时开启了大家对于石墨烯光热效应关注的时代。石墨烯作为一种典型的碳材料，在从紫外线到近红外光的大范围太阳光谱中都表现出了很强的吸光能力，可以有效地将光子能量转化为热能，产生光热效应。石墨烯较高的光吸收赋予了地膜全光谱吸收能力，可以有效地提高地膜温度。在太阳光的照射下，由于红外光的光热作用升高了体系表面的温度，从而使得光激发的载流子(电子及空穴)迁移速率增加，提高了光热转换效率。
随着农业生产和农作物科学栽培水平的逐步提高，地膜覆盖作为一项充分利用温度、光、土、水等自然资源提高产量、改善作物品质的一项重要技术措施，深受农民喜爱。但常用的聚氯乙烯地膜降解极慢，长期在土壤中积累会导致土壤通透性下降，作物根系生长受阻，吸水、吸肥不畅，影响了农作物的品质，也造成了严重的“白色污染”。石墨烯的加入，利用石墨烯的比表面积大、捕获电子和转移电子的传导性强等特点，可以使聚合物地膜有效提高光催化效率。由于石墨烯具有生态友好，无毒无害的特点，利用石墨烯比表面积大、热稳定性好、化学稳定性高、高光学透射率等优点，制备出可有效光降解的聚合物复合膜。目前，石墨烯光热转换地膜实际应用还很少，其中最主要的问题是石墨烯制备工艺复杂、生产成本高。
发明内容
为解决上述可降解的石墨烯地膜制备的难题，本发明提供一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜。
为实现上述方法，本发明采用如下的技术方案：
一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜，主要是通过使用1064nm波长的光线激光对聚酰亚胺(PI)薄膜进行瞬时高温石墨烯化，过程中产生的气体动能将石墨烯粉末推向置于下面的聚合物接收衬底；接着对已经激光照射的PI进行再次激光臊面可实现石墨烯粉末向衬底的再次沉积，使得石墨烯层的厚度增加；最后使用热辊压技术实现聚合物-增厚石墨烯-聚合物地膜的成膜制备。
作为上述方案的进一步补充，所述对PI薄膜的二道次扫描实现石墨烯层的增厚，二次扫描需要调节的激光参数仍为连续激光的功率、扫描速度。所述激光使用1064nm波长的光纤激光，功率3-6W，激光扫描速度200-500mm/s，光斑30-100μm。
作为上述方案的进一步补充，所述对PI薄膜的二次扫描实现石墨烯层的增厚是通过在聚酰亚胺薄膜上再增加一道激光进行二次扫描作用实现的。
作为上述方案的进一步补充，所述卷对卷模式的连续生产，需要调控PI薄膜的收料速度、激光的扫描速度、热压辊的速度三者匹配。
作为上述方案的进一步补充，防止聚合物衬底熔化到滚轮上，使用热固性PET套管包裹金属滚轮；
在本发明中，石墨烯材料可在瞬时的高温激光下快速制备，具有速度快、成本低的优势，并且所得石墨烯的结晶性好、质量高，有助于对太阳光的高效吸收获得温度提高。
在本发明中，通过激光的两次扫描获得了增厚的石墨烯层，增加了石墨烯在地膜中的含量，进而增强了对红外光的吸收能力。
在本发明中，石墨烯在聚合物衬底上的均匀分布可以通过控制PI膜收料辊和热压辊的速度实现。
本发明提供了一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法，其首先通过1064nm波长的光纤激光照射，高能高压(高能量的激光束会在材料表面产生瞬时的局部高压)激光照射聚酰亚胺薄膜并制得石墨烯，同时产生的气体会将石墨烯粉末推向下面受热软化的热塑性聚合物膜上，接着在下一步通过热辊压技术实现聚合物-石墨烯-聚合物地膜的成膜(如图1所示)。其中，石墨烯制备时，由于PI对1064nm波长处的激光具有一定透光性，因此使用1064纳米激光照射PI膜时激光能部分穿过PI膜，所以可同时在PI膜的上表面和下表面产生石墨烯，并且在此过程中石墨烯粉末可被激光气体推向置于下面的聚合物接收衬底上；接着对已经激光照射的聚酰亚胺薄膜进行再次激光扫描，可实现石墨烯粉末向衬底的再次沉积，形成增厚后的石墨烯层；热辊压可实现复合材料的成膜，主要的成膜材料为热塑性的聚合物。本发明能大面积快速制备厚度可调的石墨烯层。本发明所提及的方法将石墨烯的快速制备和复合材料的成膜集成在卷对卷工艺的一个步骤中，有利于大规模的工业化生产；高质量的石墨烯可提高地膜的光催化效率和光热转换效率，所制备的复合材料地膜在在高效利用太阳能的同时实现光催化降解，有利于保护农业生态。
附图说明
图1是实施例1的制备方法过程示意图。
图2是实施例1所制备石墨烯的扫描电镜图。
图3是实施例1所制备石墨烯的透射电镜图。
图4是实施例1所制备石墨烯的拉曼谱图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清晰、更易理解，以下对本发明内容进行进一步的详细说明。需要说明的是，下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜，主要是通过使用1064nm波长的光纤激光对PI薄膜进行瞬时高温石墨烯化，过程中产生的气体动能将石墨烯粉末推向置于下面的聚合物接收衬底；接着对已经激光照射的PI进行再次激光臊面可实现石墨烯粉末向衬底的再次沉积，使得石墨烯层的厚度增加；最后使用热辊压技术实现聚合物-增厚石墨烯-聚合物地膜的成膜制备。主要制备步骤如下：
a.1064nm波长的连续激光照射聚酰亚胺进行石墨烯的制备并实现石墨烯粉末的接收
使用1064nm波长的连续光纤激光辐射聚酰亚胺聚合物产生石墨烯；利用PI聚合物薄膜对1064nm波长的激光具有一定的透光性，使激光进入到PI薄膜的更深处，当激光功率足够大时，就能在PI的下表面生成石墨烯，并且产生的气体具有足够的动能将石墨烯粉末推向用于接收的聚合物聚乙烯衬底。
b.增厚石墨烯层的制备用于更高温度的光热转换
能量大的单道次激光对PI的照射并不能完全将PI碳化，单次激光后的PI膜仍保留了较多的聚酰亚胺，可对激光照射后的PI薄膜再次进行激光照射，便可在接收衬底上获得更厚的石墨烯层。
c.热辊压技术实现石墨烯与热塑性聚合物复合材料的成膜
通过调节激光的扫描速度、扫描次数和支撑辊的送料转动速度的匹配，获得粉末石墨烯在热塑性聚合物聚乙烯基底上的均匀分布，成功实现石墨烯的接收；接着，在上述带有石墨烯的热塑性聚合物衬底上再铺上一层热塑性聚合物，在卷对卷的过程中，下一步的热辊压过程实现聚合物聚乙烯-石墨烯-聚合物聚乙烯三层材料的成膜。
在步骤a中，使用激光对聚酰亚胺进行石墨烯化时，所用的激光为1064nm的连续激光，使用的激光功率为4W，激光的速度为400mm/s，光斑约60μm。
在步骤b中，对聚酰亚胺进行二次石墨烯化时，同样所用的激光为1064nm的连续激光，使用的激光功率为3W，激光的速度为400mm/s。
如图2所示，为石墨烯的臊面电镜图片，石墨烯为3D网络状结构并且在衬底上分布均匀，二次激光扫描后的石墨烯具有增加的厚度。
如图3所示，为石墨烯的投射电子显微镜图片，可以看出石墨烯仍为很薄的网络结构，这些结构是由少数的石墨烯片层堆叠连接而成，所得的石墨烯具有较好的结晶质量。
如图4所示，为石墨烯的拉曼谱图，在拉曼位移分别为1350cm-1，1580cm-1和2700cm-1分别为石墨烯特征的D、G和2D峰，其中单一2D峰的出现证明了所得材料为石墨烯而不是无定型碳材料，较低的D峰和G峰强度比说明石墨烯具有较少的缺陷。
在步骤b中，选择聚乙烯(PE)作为热塑性聚合物，用以制备聚乙烯-增厚石墨烯-聚乙烯夹层式的地膜，热辊压时选择160℃的温度。
制得的石墨烯复合地膜，其中石墨烯的厚度约为60μm；聚乙烯-增厚石墨烯-聚乙烯夹层式的地膜厚度约为300μm，地膜宽幅为面积为0.5m-5m，长度任意。生产石墨烯速度：20cm2/min。
所制得的增厚的高质量石墨烯可提高地膜的光催化效率和光热转换效率，复合材料地膜在在高效利用太阳能的同时实现光催化降解，有利于保护农业生态。
实施例2
一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜，主要制备步骤如下：
a.1064nm波长的连续激光照射聚酰亚胺进行石墨烯的制备并实现石墨烯粉末的接收
使用1064nm波长的连续光纤激光辐射聚酰亚胺聚合物产生石墨烯；利用PI聚合物薄膜对1064nm波长的激光具有一定的透光性，使激光进入到PI薄膜的更深处，当激光功率足够大时，就能在PI的下表面生成石墨烯，并且产生的气体具有足够的动能将石墨烯粉末推向用于接收的聚乙烯衬底。使用激光对聚酰亚胺进行石墨烯化时，所用的激光为1064nm的连续激光，使用的激光功率为5W，激光的速度为200mm/s，光斑约80μm。
b.增厚石墨烯层的制备用于更高温度的光热转换
能量大的单道次激光对PI的照射并不能完全将PI碳化，单次激光后的PI膜仍保留了较多的聚酰亚胺，可对激光照射后的PI薄膜再次进行激光照射，便可在接收衬底上获得更厚的石墨烯层。对聚酰亚胺进行二次石墨烯化时，同样所用的激光为1064nm的连续激光，使用的激光功率为4W，激光的速度为300mm/s，光斑约50μm。
c.热辊压技术实现石墨烯与热塑性聚合物复合材料的成膜
通过调节激光的扫描速度、扫描次数和支撑辊的送料转动速度的匹配，获得粉末石墨烯在热塑性聚合物聚乙烯基底上的均匀分布，成功实现石墨烯的接收；接着，在上述带有石墨烯的热塑性聚合物衬底上再铺上一层热塑性聚合物，在卷对卷的过程中，下一步的热辊压过程实现聚乙烯-石墨烯-聚乙烯三层材料的成膜。制得的石墨烯复合地膜，其中石墨烯的厚度约为58μm；聚乙烯-增厚石墨烯-聚乙烯夹层式的地膜厚度约为330μm，地膜宽幅为面积为0.5m-5m，长度任意。
应当说明的是，本发明的上述所述之技术内容仅为使本领域技术人员能够获知本发明技术实质而进行的解释与阐明，故所述之技术内容并非用以限制本发明的实质保护范围。本发明的实质保护范围应以权利要求书所述之为准。本领域技术人员应当知晓，凡基于本发明的实质精神所作出的任何修改、等同替换和改进等，均应在本发明的实质保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法，其特征在于，使用1064nm波长的光纤激光对聚酰亚胺薄膜进行瞬时高温处理形成石墨烯粉末，同时石墨烯粉末被推向置于下面的聚合物接收衬底上；接着对已经激光照射的聚酰亚胺薄膜进行再次激光扫描可实现石墨烯粉末向衬底的再次沉积，形成增厚后的石墨烯层；最后使用热辊压技术实现增厚石墨烯光热转换地膜的成膜制备。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光的模式可调，模式选择为连续激光或者频率激光；优选的，使用连续激光。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光使用1064nm波长的光纤激光，功率3-6W，激光扫描速度200-500mm/s，光斑30-100μm。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物为热塑性聚合物，包括但不限于聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种或几种的组合。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述增厚后的石墨烯层厚度为60-80μm。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物的厚度为50-150μm。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述增厚石墨烯光热转换地膜厚度为160-400μm。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，述热辊压时辊轮上的温度100-180℃。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
a.连续激光照射聚酰亚胺
使用1064nm波长的连续激光辐射聚酰亚胺，激光进入到聚酰亚胺薄膜的更深处，当激光功率足够大时，在聚酰亚胺的下表面生成石墨烯粉末，并且产生的气体将石墨烯粉末推向用于接收石墨烯的聚合物衬底；激光功率为3-5W，激光扫描速度为200-400mm/s；
b.增厚石墨烯层的制备
对激光照射后的聚酰亚胺薄膜再次进行激光照射，便可在接收的聚合物衬底上获得更厚的石墨烯层；激光为1064nm的连续激光，激光功率为3-5W，激光扫描速度为200-400mm/s；
c.热辊压技术实现石墨烯与热塑性聚合物复合材料的成膜
在上述带有石墨烯的聚合物衬底上再铺上一层热塑性聚合物，在卷对卷的过程中，下一步的热辊压过程实现增厚石墨烯光热转换地膜的的成膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111614967.5A CN114211831A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111614967.5A CN114211831A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114211831A true CN114211831A (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=80706163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111614967.5A Pending CN114211831A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114211831A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115558258A (zh) * | 2022-08-31 | 2023-01-03 | 台州黄岩泽钰新材料科技有限公司 | 一种具有光热转换性能的可降解塑料及其制备方法和应用 |
| CN115819824A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-03-21 | 中科合肥智慧农业协同创新研究院 | 一种石墨烯/聚酰亚胺渗水地膜及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103833030A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-06-04 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种大面积转移cvd石墨烯膜的方法 |
| KR20140108829A (ko) * | 2013-02-28 | 2014-09-15 | 인제대학교 산학협력단 | 롤투롤 방식을 이용한 그래핀 필름의 분리, 전사 방법 |
| CN106190051A (zh) * | 2015-05-05 | 2016-12-07 | 赖中平 | 具热导性的石墨烯叠层膜 |
| CN107188160A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-09-22 | 华中科技大学 | 一种在透光基底上制备图案化石墨烯的方法 |
| CN107739027A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-02-27 | 清华大学深圳研究生院 | 一种连续制备多孔石墨烯薄膜的方法及装置 |
-
2021
- 2021-12-24 CN CN202111614967.5A patent/CN114211831A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140108829A (ko) * | 2013-02-28 | 2014-09-15 | 인제대학교 산학협력단 | 롤투롤 방식을 이용한 그래핀 필름의 분리, 전사 방법 |
| CN103833030A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-06-04 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种大面积转移cvd石墨烯膜的方法 |
| CN106190051A (zh) * | 2015-05-05 | 2016-12-07 | 赖中平 | 具热导性的石墨烯叠层膜 |
| CN107188160A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-09-22 | 华中科技大学 | 一种在透光基底上制备图案化石墨烯的方法 |
| CN107739027A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-02-27 | 清华大学深圳研究生院 | 一种连续制备多孔石墨烯薄膜的方法及装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115558258A (zh) * | 2022-08-31 | 2023-01-03 | 台州黄岩泽钰新材料科技有限公司 | 一种具有光热转换性能的可降解塑料及其制备方法和应用 |
| CN115819824A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-03-21 | 中科合肥智慧农业协同创新研究院 | 一种石墨烯/聚酰亚胺渗水地膜及其制备方法 |
| CN115819824B (zh) * | 2022-12-27 | 2024-05-28 | 中科合肥智慧农业协同创新研究院 | 一种石墨烯/聚酰亚胺渗水地膜及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114211831A (zh) | 一种可降解的增厚石墨烯光热转换地膜的制备方法 | |
| CN103000742B (zh) | 一种带隙渐变硅量子点多层膜的太阳电池及制备方法 | |
| US20100147383A1 (en) | Method and apparatus for laser-processing a semiconductor photovoltaic apparatus | |
| Manna et al. | Nanotechnology in the development of photovoltaic cells | |
| CN114228182B (zh) | 一种快速制备石墨烯三明治型光热转换地膜的方法 | |
| Chen et al. | Recent advances in solar energy full spectrum conversion and utilization | |
| He et al. | Study of CdTe/ZnTe composite absorbing layer deposited by pulsed laser deposition for CdS/CdTe solar cell | |
| Bertolli | Solar cell materials | |
| CN106206249B (zh) | 一种具有光伏特性的拓扑绝缘体薄膜及其制备方法 | |
| CN101964373B (zh) | 一种宽谱光伏效应的双结太阳电池及其制备方法 | |
| RU2410796C1 (ru) | Конструкция фотоэлектрического модуля | |
| KR102591913B1 (ko) | 태양전지 | |
| EP2997604B1 (en) | Nanostructured units formed inside a silicon material and the manufacturing process to perform them therein | |
| Liu et al. | Recent advances in aggregation-induced emission materials for enhancing solar energy utilization | |
| CN101814557B (zh) | 硅基薄膜叠层太阳能电池隧道结的制作方法 | |
| CN113735097A (zh) | 一种环境友好型带有抗结晶槽的高效界面三维碳基光热转换材料的制备方法及应用 | |
| Zhao et al. | Concentrated solar light for rapid crystallization of nanomaterials and extreme enhancement of photoelectrochemical performance | |
| CN113651978B (zh) | 一种pedot:pss水凝胶及其制备方法和应用 | |
| Schropp | Amorphous and microcrystalline silicon solar cells | |
| CN115819824B (zh) | 一种石墨烯/聚酰亚胺渗水地膜及其制备方法 | |
| CN104766895B (zh) | 一种基于稀铋磷化物材料的多结太阳能电池结构 | |
| KR101541108B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Niikura et al. | High rate growth of device-grade microcrystalline silicon films at 8 nm/s | |
| Li et al. | From narrow-bandgap GeSe to wide-bandgap GeS solar cells | |
| CN101498511B (zh) | 太阳能光分解应用系统 |
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 |