TW202306892A - 具有低熱放射率之裝置 - Google Patents

具有低熱放射率之裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW202306892A
TW202306892A TW111107635A TW111107635A TW202306892A TW 202306892 A TW202306892 A TW 202306892A TW 111107635 A TW111107635 A TW 111107635A TW 111107635 A TW111107635 A TW 111107635A TW 202306892 A TW202306892 A TW 202306892A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
polymer
carbon nanotubes
ionic liquid
electrodes
nanosheets
Prior art date
Application number
TW111107635A
Other languages
English (en)
Inventor
艾倫 達頓
詹姆斯 約翰史東
馬修 拉爾局
彼得 林區
尚恩 歐吉維
Original Assignee
英商先進材料發展有限公司
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
Priority claimed from GBGB2103036.6A external-priority patent/GB202103036D0/en
Application filed by 英商先進材料發展有限公司 filed Critical 英商先進材料發展有限公司
Publication of TW202306892A publication Critical patent/TW202306892A/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H3/00—Camouflage, i.e. means or methods for concealment or disguise
    • F41H3/02—Flexible, e.g. fabric covers, e.g. screens, nets characterised by their material or structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/159—Carbon nanotubes single-walled
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/02—Single-walled nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/22—Electronic properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/34—Length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/36—Diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

本發明提供一種主動調節熱輻射的裝置，該裝置包含：(i)一基板；(ii)一或多種聚合物滲透膜，包含一離子液體電解質；(iii)一或多個電極，包含沉積在該一或多種聚合物膜中的至少一者之表面上的碳奈米管；以及(iv)一保護封裝層。本發明還提供製備這種裝置的方法。

Description

具有低熱放射率之裝置
本發明涉及一種含有碳奈米材料之低熱放射率之裝置、製備這種裝置的方法及該裝置的應用。
主動控制來自表面的熱放射率對於需要減少熱特徵以協助提高整體熱效率和熱損失的一系列工業應用是重要的。對於某些應用，例如建築物的熱調節，期望減少和控制太陽輻射輪廓(profile)相稱的放射率，以減少加熱和製冷的能源成本。例如具有可調的紅外線特性(例如透明度和/或放射率)的材料可用於熱窗戶和放射溫度控制。
碳奈米管是由石墨薄片捲製而成的奈米尺寸的管。管通常具有1奈米至50奈米範圍的直徑，但可具有微米範圍的長度。碳奈米管可以是單壁(single-walled)(即由單層石墨烯薄片捲製形成)或多壁(multi-walled)(即由多個同心石墨烯薄片捲製而成)。碳奈米管由於其物理特性，即其高抗拉強度和高導電率，而引起極大的興趣。
眾所皆知2D材料具有很多有趣且可能有用的特性，這些特性與相應的塊狀3D材料不同，例如石墨烯具有高導電率且可用於電極結構以及導電複合材料。許多材料的有趣的功能特性通常只在材料為單或寡層(即2D)形式時被觀察到。然而，為了使用這些奈米碳特性，需要分離這些形式的便利方法，必須克服強的層間分散力以剝離三維(3D)材料以形成相應的2D材料。使用高剪切混合(shear mixing)進行液相剝離和分散是對於產生含有2D材料的配方油墨的可行途徑，可在許多產業應用中找到用途。
Salihoglu等人(Nano Lett. (2018), 18, 4541-4548)描述一種石墨烯基的適應熱偽裝裝置(camouflage device)，包含一層石墨烯、一層浸泡一離子液體的聚乙烯膜以及一層金電極，以形成一平面電容器。該石墨烯使用化學氣相沉積技術沉積，其不容易以液體基和可印刷的奈米碳層的相同方法放大生產。
因此，仍需要用於熱偽裝的替代裝置，較佳具有改良的特性，包含改善的可擴展性(scalability)(例如區域可擴展性(areal scalability))。
不希望受到理論束縛，發明人相信熱適應偽裝裝置包含奈米顆粒石墨/石墨烯和/或碳奈米管可以使用泡利阻斷(Pauli blocking)的原理來修改石墨烯的帶結構以阻止狀態轉變(參見圖1)。石墨烯的帶結構可以簡化並表示為狄拉克錐(Dirac cone)，其中能量(E)與動量(k)呈線性關係。在基態中，費米能階(Fermi Level)(即在該狀態下所有狀態都處於絕對零度(absolute zero))靠近圓錐的點，入射光子(incident photon)接著會造成電子激發到空態導致吸收(圖1-左)。可以提高費米能階導致佔用更多狀態。如果相同的光子接著與改質的石墨烯相互作用，由於沒有可用的未佔用狀態，電子不能被激發(圖1-右)。
這允許石墨烯基或碳奈米管基的裝置可以透過施加電位偏壓或摻雜來調整費米能階以調整熱輻射的放射率。這種類型的大面積裝置(當在平面電解電容器中使用奈米碳電極建構並集成到合適的基板上)用於降低熱體的表面放射率。已經發現，由奈米碳材料製備的裝置能夠降低他們的放射率，因為當通電時他們的固有電子和因此產生的聲子效應(phonon effect)。
對於大面積裝置，較佳的製造方法是溶液法(solution-based)(而不是，例如基於超薄膜CVD沉積的石墨烯的轉移)。電解電容器裝置的建構也需要發展薄的多孔隔離膜(porous membrane separator)和液體離子電解質的元件，以獲得快速的切換時間和大的可觀察的差異。奈米碳材料也表現出大的表面積與體積比，有助於在局部表面上電荷的累積，這些裝置的工作範圍和切換時間因此也受電解質的物理性質和進入電極的內部結構的擴散度驅動。
為了使裝置能夠達到低耗能和大面積操作，較佳為藉由使用導電碳奈米材料(例如碳奈米管和/或石墨奈米片)來盡可能最小化電極膜的內部電阻損失。
因此，在第一態樣中，本發明提供一種主動調節熱輻射的裝置，該裝置包含： (i)             一基板； (ii)           一或多種聚合物滲透膜，包含一離子液體電解質； (iii)        一或多個電極，包含沉積在該一或多種聚合物膜中的至少一者之表面上的碳奈米管；以及 (iv)        一保護封裝層。
除了碳奈米管外，一或多個電極可包含額外的碳奈米材料。例如電極可包含碳奈米管和石墨奈米片(也被稱為寡層(few-layer)石墨烯)。
較佳地，裝置包含一對電極。電極可兩個都包含碳奈米管(及選擇性如本文所述之額外的碳奈米材料)。或者，當存在多於一個電極時，電極可由不同材料形成。
裝置還包含一保護封裝層，用於保護電極和聚合物膜免於損壞和/或降解。該層較佳為IR透明的，以免干擾裝置的光學(例如放射率)特性。保護封裝層本身可為可撓性的和聚合的。保護層可防止水蒸氣和/或氧分子擴散到裝置中，這些情況會促進不期望的化學反應來減少裝置的使用壽命。該層被附加到裝置上並接著密封用於操作。
電極沉積到聚合物膜上，使電極與聚合物膜接觸以允許離子/電子從聚合物膜傳輸到電極，這些聚合物膜作為隔離膜(separators)以防止電極之間的電短路。當施加電位差於該對電極時，可以調整在電極的費米能階中電子的佔用，從而改變裝置的熱放射率。
如上所述，裝置可用於主動調節熱輻射。這可包含調整裝置的透明度(transparency)和/或反射率(reflectance)或裝置的放射率。
控制的放射率的表面允許透過改變輻射造成的熱損失來進行熱控制，輻射造成的熱損失與表面的放射率成正比，且與溫差的四次方成正比。因此，本發明存在一種以最小功耗控制電腦元件溫度的途徑，這在對流和傳導不適合的環境中特別有用。
另一個例子是減少玻璃製品的熱損失。玻璃存在高放射率且因此容易散熱。藉由降低相對於環境的外部放射率，可減少熱損失。本發明的裝置因此能夠集成在玻璃層壓板內或附加作為外部層壓板。
如下舉例所示，當根據本發明的裝置位於熱輻射主體和檢測器之間時，會減少檢測器檢測到的熱輻射。本發明的裝置因此可以有效地阻擋來自熱源的熱輻射，並且因此可以作為熱偽裝裝置。主動調節熱輻射的裝置也可因此被認為是用於偽裝/隱藏/掩蔽/遮蔽/抑制熱輻射的裝置。
因此，本發明也提供一種主動調節(例如偽裝/隱藏)來自主體的熱輻射的方法，該方法包含將如本文所述之裝置放置在主體與熱輻射檢測器之間。該方法可包含以本文所述之裝置覆蓋或包圍的主體。另一個例子是保護用於天文觀測的敏感紅外線檢測裝置。
裝置可以藉由沉積(例如印刷或噴塗)包含碳奈米材料的墨水到一個或一對聚合物膜上形成，聚合物膜通常注入離子液體。為了達到此結果，聚合物膜可形成為多孔膜，且在其形成之後，可以將離子液體施加(例如浸入)到多孔膜使其滲入到其中的孔中。可以在電極沉積到膜上之前或之後將離子液體注入聚合物膜，或者，聚合物膜可以與離子液體共鑄(co-cast)以形成注入的聚合物膜。
因此，本發明也提供一種製備如本文所述之裝置之方法，該方法包含： (a)  沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一液體組成物在一第一聚合物滲透膜和一第二聚合物滲透膜中的至少一者(例如兩者)上，以在膜上形成一包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的薄膜； (b) 以一離子液體浸漬第一聚合物膜和第二聚合物膜；以及 (c)  將第一聚合物膜和第二聚合物膜彼此固定。
或者，可以在將包含碳奈米材料的液體組成物印刷到聚合物膜上之前，形成包含離子液體的聚合物膜。因此，本發明也提供一種製備如本文所述之裝置之方法，該方法包含： (a)  形成包含一離子液體的一第一聚合物滲透膜和一第二聚合物滲透膜； (b) 沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一離子組成物在聚合物膜的至少一者(例如兩者)上，以形成包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一薄膜；以及 (c)  將第一聚合物膜和第二聚合物膜彼此固定。
步驟(a)可包含用離子液體浸漬聚合物滲透膜，或由聚合物和離子液體共鑄該膜。
本發明也提供一種製備如本文所述之裝置之方法，該方法包含： (a)  提供一基板； (b) 沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一液體組成物到基板上，以形成一第一電極； (c)  沉積包含一聚合物和一離子液體的一液體到第一電極上，以形成包含離子液體的一聚合物滲透膜；以及 (d) 沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一液體組成物到聚合物滲透膜上，以形成一第二電極。
上述方法也包含將第一聚合物膜和第二聚合物膜固定到基板和/或將保護封裝層施加到聚合物膜上的步驟。
本發明另外提供了根據本文所述之方法而獲得的裝置。
發明詳述
本文所使用之術語「碳奈米材料」或「奈米碳」是指奈米材料(即，在至少一個維度上具有平均尺寸為1奈米(nm)至100奈米(nm)的材料)。通常，碳奈米材料包含以重量計為至少90%或更多的碳，較佳為至少95%或更多，例如99%或更多。術語包含例如石墨烯、石墨奈米片、單壁碳奈米管、多壁碳奈米管、微晶鑽石(crystalline diamond)、和類鑽石碳(參見ISO standard: ISO/TS 80004-3:2020)的材料。
如上所述，電極包含碳奈米管(較佳為單壁碳奈米管)。電極也可包含石墨奈米片。
碳奈米管可為單壁碳奈米管或多壁碳奈米管，但較佳為包含或由單壁碳奈米管所組成。碳奈米管可為金屬碳奈米管或半導體碳奈米管。碳奈米管通常具有1奈米(nm)至5奈米(nm)的外部平均直徑，較佳為具有1nm至2nm(透過穿透式電子顯微鏡測定)，且可具有大於3微米(μm)的長度，通常為大於微米(5μm)，例如大於10微米(μm)或大於15微米(μm)。雖然下面所述之奈米片在兩個維度上是微米級的，但碳奈米管僅在單一維度(即沿他們的長度)上是微米級的。
本文所述之術語「石墨奈米片」(在本文也稱為「石墨烯奈米片」)是指由石墨烯的小堆疊組成的石墨奈米顆粒。術語石墨奈米片是指具有平均為20層或更少，通常為15層或更少，較佳為10層或更少的奈米片。可以透過紫外光-可見光光譜(UV-vis spectroscopy)確定層數(參見C. Backes et al., ‘Spectroscopic metrics allow in-situ measurement of mean size and thickness of liquid-exfoliated graphene nanosheets’, Nanoscale, 2016, doi: 10.1039/C5NR08047A)。
奈米片通常具有小於30nm的平均厚度，例如小於20nm。本文所述之術語「厚度」是指奈米片沿奈米片內的層堆疊的軸的尺寸。術語「長度」和「寬度」是指奈米片分別沿層狀材料的片材的平面中的垂直軸的較長和較短的尺寸(參考圖2)。
奈米片通常具有30nm或更大的平均長度和/或寬度，較佳為50nm或更大，或100nm或更大。奈米片通常具有10μm或更小的平均長度和/或寬度，通常為3.0μm或更小，例如2.0μm或更小，通常為1.5μm或更小，較佳為1μm或更小，例如800nm或更小。在一些情況下，取決於這些材料的特定剝離(exfoliation)過程，石墨奈米片具有大於1μm且小於50μm的較大的橫向尺寸(lateral dimension)。根據採用的剝離技術和/或任何隨後的尺寸選擇過程，這些材料的數量和尺寸的分布可以是寬的或窄的。
可以使用掃描或穿透式電子顯微鏡量測奈米片的尺寸。奈米片通常僅在最多兩個維度(即他們的長度和寬度，它們的厚度顯著小於1μm，例如小於100nm)上是微米尺寸。這些尺寸較佳為透過穿透式顯微鏡量測。
當存在時，石墨奈米片通常以25%重量百分比(w/w)，較佳為30%重量百分比(w/w)，例如為35重量百分比%(w/w)且至多50重量百分比%(w/w)的量存在於電極中，較佳為至多45%重量百分比(w/w)，例如至多40%重量百分比(w/w)。
當電極包含碳奈米管和石墨奈米片的混合物時，碳奈米管可以以相對於石墨奈米片的量大於0.15:1的重量比(碳奈米管：石墨奈米片)存在於本文所述之電極中，較佳為大於0.2:1且比例至多為1:1，合適地至多為0.7:1，較佳為至多為0.6:1。
例如，碳奈米管通常以相對於石墨奈米片的量為0.15:1到0.6:1的重量比(碳奈米管：石墨奈米片)存在於電極中，較佳為0.4:1到0.5:1的比例。
或者，碳奈米管在電極中的份量可以相對於總組成物的重量來定義。碳奈米管通常以5%重量百分比(w/w)，較佳為10%重量百分比(w/w)，例如15%重量百分比(w/w)，且至多30%重量百分比(w/w)的量存在於電極組成物中，較佳為至多25%重量百分比(w/w)，例如至多20%重量百分比(w/w)。
或者，當電極包含碳奈米管作為唯一的碳奈米材料時，碳奈米管在電極中的存在量可為50重量%或更大，較佳為75重量%或更大，例如90重量%或更大，例如95重量%或更大。
在本文所述之裝置中，電極通常具有10nm至750nm的厚度，通常為20nm至500nm，例如50nm至250nm。
電極通常由液體組成物(或油墨)沉積到聚合物膜上，例如，可以將包含碳奈米材料和溶劑(及選擇性其他增稠劑、黏合劑和其他下述之添加劑)的液體組成物噴塗或印刷到聚合物膜上。
溶劑可以是水溶性或非水溶性溶劑。然而，溶劑較佳為或包含水(水凝膠形成所必需的)。或者，溶劑可為偶極非質子性溶劑。這種偶極非質子性溶劑的例子包含環戊酮、環己酮、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基亞碸(DMSO)、二甲基乙醯胺(DMAc)、環丁碸、二氫左旋葡糖酮(dihydrolevoglucosenone, Cyrene)和內酯，例如γ-戊內酯(gamma-valerolactone)。當γ-戊內酯存在時，其可以1%至10%重量百分比(w/w)的量存在於液體組成物中，例如至多5%重量百分比(w/w)，或5%重量百分比(w/w)至10%重量百分比(w/w)，較佳為6%至10%重量百分比(w/w)。
液體組成物(含有碳奈米管和選擇性添加碳奈米材料)也可包含增稠劑(其也可用作膠凝劑(gelification agent)以增加該組成物的黏度。增加的黏度確保了該組成物適用於印刷，且也降低了碳奈米材料從懸浮液中絮凝(flocculate)的趨勢。
增稠劑較佳為水凝膠形成性(hydrogel-forming)增稠劑。含有碳奈米管和額外碳奈米材料(例如石墨奈米片)的水凝膠基質的形成產生高導電率墨水。水凝膠形成性增稠劑通常為親水性聚合物鏈，其透過水中的氫鍵形成膠態凝膠(colloidal gel)。
合適的增稠劑的例子包含： - 纖維素衍生物，例如羧甲基纖維素(CMC)、甲基纖維素、羥乙基纖維素和羧乙基纖維素、及其鹽類(例如其鈉鹽)； - 聚合物，例如聚環氧乙烷(PEO)、聚環氧丙烷(PPO)；聚苯胺(PANI)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)和聚N-異丙基丙烯醯胺(PNIPAAm)； - 環糊精； - 天然膠凝劑，例如黃原膠(xanthan gum)、明膠、甘油、藻酸鹽(alginates)、聚葡萄胺糖(chitosan)； - 無機二氧化矽和黏土，例如膨土(bentonite)、蒙脫土(montmorillonites)、鋰皂石(laponite)、奈米二氧化矽和二氧化鈦；以及 - 絲狀(filamentous)或桿狀材料，例如具有縱橫比(aspect ratio)大於100的材料(例如碳奈米管)。
在一較佳實施例中，增稠劑為纖維素衍生物，例如羧甲基纖維素。本文所述之術語纖維素衍生物是指通過對纖維素中存在的一些或全部的羥基進行官能化而形成的纖維素的化學衍生物(例如透過醚化或酯化反應)。可透過結合羧基、羥基、甲基、乙基和/或丙基中的一個或多個或全部來形成衍生物。纖維素衍生物的例子包含羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素、甲基乙基纖維素、甲基纖維素和羧甲基纖維素、或其組合，以及纖維素本身。CMC有多種形式(例如隨著取代和官能化程度而變化)，且可與多種化學試劑共價交聯或透過氫鍵網路與其他試劑交聯，以給予可根據需求訂製的新特性(Gels 2018, 4, 54; doi:10.3390/gels4020054)。
纖維素衍生物容易形成用於許多工業應用的水凝膠。這些材料也可作為表面活性劑，其在水性溶劑中穩定奈米碳材料。水凝膠由於其擴張的氫鍵或超分子網路(supramolecular network)形成特性表現出理想的觸變行為(thixotropic behavior)。這些網路提供長程序化(long range ordering)以改善流變行為(rheological behavior)。
增稠劑的總濃度可在總液體組成物(包括溶劑)的0.5%至2%重量百分比的範圍內，例如總液體組成物的1%至1.75%重量百分比。
增稠劑增加了組成物的黏度，且設想它也能夠使碳奈米管形成預先有序的超分子網路，這增加了從組成物印刷的電極的導電性。
組成物的黏度對於確保其可被印刷形成薄膜是很重要的。此外，組成物應該足夠黏以防止碳奈米材料在組成物中絮凝。精確的黏度當然取決於組成物(和所產生的薄膜)的應用。增稠劑也確保油墨具有適用於印刷的黏度，例如網版印刷(screen printing)。適用於網版印刷的油墨通常具有觸變性(thixotropic)，且因此他們的黏度取決於剪切速率。液體組成物(含有碳奈米管和選擇性添加碳奈米材料)在0.1/s的剪切速率下可具有100至1000 Pa.s的黏度，且/或在100/s的剪切速率下可具有1至10 Pa.s的黏度。
液體組成物也可包含一或多種表面活性劑。表面活性劑通常為非離子型表面活性劑。合適的非離子型表面活性劑的例子包含聚環氧乙烷(PEO)基的表面活性劑(例如曲拉通X-100(Triton X-100))、聚環氧丙烷(PPO)基的表面活性劑、環糊精和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面活性劑。然而，也可以使用離子型表面活性劑，例如硫酸鹽基的表面活性劑(例如十二烷基硫酸鈉)。
表面活性劑的總濃度可在總組成物(包括溶劑)的0.01%至1%重量百分比或0.01%至0.1%重量百分比的範圍內，例如總組成物的0.02%至0.05%重量百分比。
組成物也可包含一或多種溶劑和/或黏合劑，以改善乾燥薄膜(透過印刷油墨形成)對基材的黏附性。黏合劑的性質和組成將取決於基材。
組成物也可包含一或多種交聯劑，以改善油墨的流變參數和/或所得薄膜的特性。這可能包含大範圍官能的有機酸或鹼，例如抗壞血酸(ascorbic acid)。其他交聯劑的例子包含二-或三-羧酸(carboxylic acids)，例如戊二酸(glutaric acid)和苯三甲酸(trimesic acid)。這種交聯劑可穩定薄膜，使其免於快速重新溶解及環境濕度對導電率的影響。
組成物也可包含一或多種保濕劑(humectant)，以幫助油墨在工業過程中的可印刷性(printability)。在水基(aqueousbased)組成物中，尿素、甘油或二醇(例如聚丙二醇)的添加減緩了油墨乾燥過程，從而可以獲得安定的且可重複的印刷。
此外，組成物可更包含一固化(setting)(交聯(cross-linking))劑，其是在暴露於熱或輻射時固化的材料，以將液體墨水組成物固化(cure)及固定(set)成固體薄膜。這些包含可光固化單體或紅外線活化劑，例如環氧化物(可能會發生開環反應)、醛或酸(可能會發生酯化反應)，例如檸檬酸。
或者，用含有一價離子(例如羧甲基纖維素鈉)的黏合劑形成的薄膜可以用二價、三價或四價離子鹽(例如氯化鈣(II)或硫酸鐵(III))的水溶液處理，以透過離子交換過程形成離子交聯的(ionically-cross-linked)不溶性薄膜。
將含有碳奈米材料的液體組成物沉積到聚合物膜上作為電極，以形成本發明的裝置。
較佳地，裝置包含一對電極。兩電極可包含碳奈米管(及選擇性地添加碳奈米材料)。或者，當存在多於一個電極時，電極可由不同材料形成。例如，第一電極可包含碳奈米管，且第二電極可為金屬電極。在這種佈置中，通常地，與基板鄰近的電極是包含非碳奈米材料的電極。
裝置較佳地包含一對電極，該對電極包含碳奈米管(及選擇性的另外的碳奈米材料，例如石墨奈米片)。然而，本發明的裝置可包含一第一含碳的電極和一第二電極，第二電極具有不同於第一電極的組成。例如，第二電極可為金屬電極，例如金、銀、或銅電極。
聚合物滲透膜是介電材料，且因此為電絕緣。聚合物膜還能夠容納一離子液體(以類似於電容器或電池裝置的方法)。例如，聚合物膜可包含聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醯亞胺、纖維素、纖維素衍生物、或其混合物。在較佳的實施例中，聚合物膜為聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜、或PE/PP膜。
離子液體較佳為室溫離子液體。室溫離子液體(RTIL)是一類具有低熔點的液體，由於他們的離子性質具有導電性。離子液體較佳為具有大於4V之電化學電位窗(electrochemical window) (plus/minus)，例如4.5V或更大。
如上所述，離子液體可在其生產期間或之後引入或注入(infuse)聚合物膜中。
在一些實施例中，通過首先形成多孔聚合物膜然後施用(例如浸泡)離子液體到膜中，來將離子液體注入聚合物膜。
或者，注入離子液體的膜包含一合適的聚合物和一通常稱為固體聚合物電解質的離子液體的一固體共鑄(co-cast)膜。為了製備這種固體聚合物電解質，將介電聚合物和離子液體溶解在兩者都可溶的適當溶劑(例如極性、非質子溶劑，例如丙酮、DMF或NMP)中，接著移除溶劑以形成注入離子液體的聚合物層。
當聚合物膜由聚合物和離子液體共鑄時，它可澆鑄(cast)在包含碳奈米管的電極的先前塗佈層的頂部上。這種方法具有幾種優點。第一，這減少了可能從裝置洩漏的可滲透液體。第二，通過多步驟塗佈和封裝工藝的優點，裝置建造方法可變得更簡單。此外，在機械方面，裝置不太容易因局部應力引起的損壞而電擊穿。
由於本文所述之裝置在使用時可能暴露於環境中，他們應該能夠在環境條件下充分運作。因為水對電解的低電位窗(potential window)(1.23V)以及材料相互作用的考慮，空氣中存在的水可能是有害影響的一種可能來源。因此，離子液體較佳為疏水性離子液體。
用於本文所述之裝置的合適的離子液體的例子為二乙基甲基(2-甲氧基乙基)銨鹽，包含二乙基甲基(2-甲氧基乙基)銨 雙(三氟甲基磺醯基)亞胺(diethylmethyl(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide) ([DEME][TFSI])和[DEME][BF 4]，以及1-乙基-3-甲基咪唑鎓鹽(1-ethyl-3-methylimidazlium salts)，例如EMI-BF 4和[EMI][TFSI]。或者，離子液體可為鋰基離子液體(即離子液體中陽離子為Li +)，例如LiClO 4或Li[TFSI]。
在本文所述之裝置中，聚合物滲透膜通常具有100nm至100μm的厚度，例如1μm至50μm，例如1μm至30μm。
裝置可具有層狀結構(laminar structure)，其中聚合物膜的薄片被夾在電極膜之間，且聚合物膜和電極的組合被安裝在基板上。
基板可由剛性或柔性平面材料組成，其可包含連續有機聚合物、矽酸鹽基玻璃或導電金屬薄片。基板也可透過各種方式被金屬化以促進有效的電極。這種基板可以奈米碳材料塗佈以幫助工業生產。
使用裝置頂部的頂部封裝基板可以保護裝置避免環境濕氣進入。該阻擋層可以包括一或多層的連續材料。這種封裝層可由在IR光譜中具有低吸特性的合適的阻擋材料形成，例如聚(乙烯)、柔性玻璃、石英、藍寶石、鹼金屬鹵化物、聚碳酸酯和聚(甲基)丙烯酸酯。
聚合物膜和電極的組裝層狀結構通常具有小於1cm的厚度，例如小於500μm，或小於100μm，或小於50μm。組裝層狀結構通常具有大於5μm的厚度，例如大於10μm。層狀結構的層通常具有大於20cm 2的表面積，通常大於100cm 2。
裝置可連接或連接到電源，例如電池。更具體地，電源可連接或連接到裝置的電極。透過電源施加在電極上的電位差改變在電極內碳奈米材料(例如石墨奈米片)的費米能階，以提供熱偽裝效果。
裝置也可以包含一或多個開關或控制電路，用於控制電極的供電或改變電源提供給裝置的電極的電位差。
裝置較佳地也包含一對聚合物滲透膜，以促進裝置的製備。使用兩個聚合物膜，其上印刷有碳奈米材料的一對相同的聚合物膜可以以對稱的方式組裝在一起，以提供用於主動調節熱輻射的裝置。例如，裝置可包含一對聚合物膜，其中電極已經沉積到每個聚合物膜的表面上。聚合物膜可以聚在一起以形成具有與電池或電容器相似結構的對稱裝置。
如上所述，裝置具有與電池或電容器相似的結構。結果，設想本文所述之裝置可以用作電池或電容器。因此，本發明還提供一種電容器或電池單元，包含： (i)                  一基板； (ii)                一或多種聚合物滲透膜，包含一離子液體； (iii)              一或多個電極，包含沉積在該一或多種聚合物膜中的至少一者之表面上的碳奈米管；以及 (iv)              一保護封裝層。 裝置和在裝置內的層可具有與主動調節熱輻射的裝置有關的上文所述之裝置或層的結構或性質。
在示例性實施例中，本發明提供一種用於主動調節(例如偽裝)熱輻射的裝置，該裝置包含： (i)                一或多種聚合物滲透膜，包含聚乙烯、聚丙烯、或其混合物，該一或多種聚合物滲透膜包含一離子液體；以及 (ii)             一或多個電極，包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)。
在一實施例中，本發明提供一種用於主動調節(例如偽裝)熱輻射的裝置，該裝置包含： (i)                一對聚合物滲透膜，包含聚乙烯、聚丙烯、或其混合物，該一對聚合物滲透膜包含一離子液體；以及 (ii)             電極，包含沉積在每個聚合物膜的一表面上的碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)。
在另一態樣中，本發明提供一種製備如本文所述之裝置的方法，該方法包含： (a)                   沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一液體組成物在一第一和一第二聚合物滲透膜中的至少一者上，以在該膜上形成包含碳奈米管的薄膜； (b)                  以一離子液體浸漬該第一和該第二聚合物膜；以及 (c)                   將該第一和該第二聚合物膜彼此固定。
或者，包含離子液體的聚合物膜可以在將包含碳奈米材料的液體組成物印刷到聚合物膜之前形成。因此，本發明也提供一種製備如本文所述之裝置的方法，該方法包含： (a)                    形成包含一離子液體的一第一和一第二聚合物滲透膜； (b)                   沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一離子組成物到該聚合物膜的至少一者上，以形成包含碳奈米管的一薄膜； (c)                    將該第一和該第二聚合物膜彼此固定。
代替製備塗佈的第一和第二聚合物膜並將他們固定在一起，本發明的裝置可以通過後續將層沉積到基板上來製備。因此，在另一態樣中，本發明提供一種製備如本文所述之裝置的方法，該方法包含： (a)                   提供一基板； (b)                  沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一液體組成物到該基板上，以形成一第一電極； (c)                   沉積包含一聚合物和一離子液體的一液體到該第一電極上，以形成包含該離子液體的一聚合物滲透膜；以及 (d)                  沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一液體組成物到該聚合物滲透膜上，以形成一第二電極。
在步驟(b)、(c)和(d)中的液體組成物通常還包含一溶劑(如上所述)。因此，該方法還包含在液體組成物沉積之後，但在下一個液體組成物沉積之前使溶劑蒸發。
應當理解的是，這個方法適用於聚合物滲透層是通過將聚合物和離子液體共鑄(而不是以離子液體浸漬聚合物(一旦形成膜))而形成的裝置。
在這些方法中使用的包含碳奈米材料和聚合物膜的液體組成物可以具有參考本文所揭露之裝置所描述的組成物和膜的性質或特徵。
較佳地，將包含碳奈米材料的液體組成物沉積(例如印刷)到聚合物膜兩者或基板上。
當方法包含將第一和第二聚合物膜彼此固定時(如步驟c)，通常將聚合物膜固定在一起，使兩聚合物膜的未塗佈表面(即膜的表面沒有沉積含有碳奈米材料的液體組成物)彼此接觸。
沉積步驟可透過噴塗或印刷液體組成物到聚合物膜上來進行。可以使用多種印刷技術，包含網版印刷、彈性凸版印刷(flexographic)、膠版印刷(offset lithographic)、狹縫式模壓塗佈(slot-die coating)、刮刀塗佈(doctor blade coating)或噴墨印刷(inkjet printing)。
浸漬步驟可透過將離子液體施加到聚合物膜的表面並施加真空來進行。
上述方法也可包含將第一和第二聚合物膜固定到基板和/或將保護封裝層施加到聚合物膜的步驟。
上述方法可包含獲得一液體組成物的步驟，其中該液體組成物包含石墨奈米片和單壁碳奈米管。因此，在上述步驟(a)之前，該方法可包含以下步驟： (i)                獲得剝離的石墨奈米片； (ii)             獲得剝離的單壁碳奈米管；以及 (iii)           將該剝離的石墨奈米片、剝離的單壁碳奈米管、一增稠劑和選擇性一表面活性劑分散在一溶劑中。
為了確保奈米片和碳奈米管均勻混合，步驟(iii)中的混合可以經過高剪切混合階段。此外，可進行壓縮油墨的步驟使油墨脫氣，這有助於將油墨印刷到膜上。
本發明也提供了根據本文所述之方法獲得的裝置。
本發明也提供一種偽裝/隱藏來自主體的熱輻射之方法，該方法包含將本文所述之一裝置放置在主體與一熱輻射檢測器之間。
本發明可用於需要調整IR輻射的廣泛應用中。這包含對常規和/或傳導不可行的主體進行熱管理，例如在外太空的電子元件中。此外，如上所述，本發明的裝置可用於熱窗戶(thermal window)和放射溫度控制。
實施例1-石墨的剝落以形成奈米顆粒石墨
使用國際專利申請號WO 2020/074698 (PCT/EP2019/077579)中所描述的設備和方法剝離石墨片(flake)，以獲得具有橫向尺寸分布平均約為1μm，且平均厚度約為10層的奈米顆粒石墨。
總結來說，將精細石墨粉(通過研磨粉末(milled powder)的空氣分級產生1-50μm片尺寸)分散到表面活性劑-水系統中，並添加到高壓均質器(high-pressure homogeniser)(例如國際專利申請號WO 2020/074698 (PCT/EP2019/077579)所描述的設備)的入口儲存器(reservoir)中。接著，在離開均質器的處裡室進入熱交換器之前，在減壓下將流體加壓和加速。一旦流體冷卻到由外部冷卻器系統維持的溫度，他會被收集或再循環，取決於系統配置。
一旦石墨被處理，剝離的混合物以5000g離心20分鐘以移除所有未剝離的微晶和較大的碎片。除了寡層的奈米片(即奈米顆粒石墨)存在外，這些參量(parameters)都沉澱。獲得的奈米顆粒石墨具有橫向尺寸和厚度分布範圍分別為50至2000nm到最高20nm。
實施例2-電極油墨配方
下表給出一批製備的油墨的組成。製備的油墨(包含黏合劑等)的總固體含量約為3.7重量百分比(wt%)。
材料 重量(g) 乾膜的部分(wt%)
奈米顆粒石墨(如實施例1所述獲得的) 3.10 40
單壁碳奈米管 (由OCSiAl 提供的Tuball Batt-H2O SWCNTs) 1.54 20
羧甲基纖維素(鈉鹽) 2.70 34
Triton X-100 0.50 6
為了製備墨水，將成分秤重到合適的容器中。為了充分降低黏度以混合成分，使用Silverson L5M-A實驗室高剪切混合器在5000rpm下操作，在混合下(加熱板在60℃)加熱混合物，接著將混合物混合5分鐘。
石墨奈米片具有橫向尺寸分布為50nm至800nm以及厚度高達約20nm。在0.1/s至100/s的剪切速率下測量油墨的黏度，發現油墨具有觸變性。
透過SEM進行結構表徵，指出在填充的石墨奈米片之間的間隙空間中存在碳奈米管的密集網路(參見圖3和4)。
油墨成功地印刷在一系列基板上，包含多種等級的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基板(DuPont Tejin ST504 & Felix Scholler F40100)和紙質基板。
實施例3-薄膜沉積和裝置組裝
將實施例2的油墨稀釋20倍以允許噴塗沉積。將稀釋的油墨噴塗到以離子液體滲入的PE/PP Celgard膜(2340)上。
將200µL/cm 2的離子液體二乙基甲基(2-甲氧基乙基)銨 雙(三氟甲基磺醯基)亞胺([DEME][TFSI])通過移液(pipetting)到膜的表面上並在100bar下放置30分鐘，使離子液體滲入Celgard膜。
或者，通過添加100µL/cm 2的[DEME][TSFI]將聚乙烯膜滲入，並允許浸泡10分鐘。接著對膜進行輥壓(rolling compression)以移除任何過量的離子液體。然後，用噴槍以3bar在15cm的距離通過合適的模板(stencil)噴塗單壁碳奈米管分散體(如實施例2所述)。這在90℃的加熱板上完成。
在薄膜厚度約20nm處發現最佳性能。所得的薄膜展現出約100 Ohms/sq的片電阻。
通過SEM剖面分析或掃描探針輪廓儀(scanning probe profilometry)測量薄膜厚度，並且使用導電率和厚度來計算傳導係數(specific conductivity)。根據國際電工委員會標準IEC TS 62607-2-1:2012，使用四點探針測量印刷薄膜的導電率。
觀察到印刷薄膜的導電率高達500 kSm-1。
然後通過層疊2個薄膜來組裝對稱裝置，這樣印刷的含碳薄膜具有一對離子液體滲入的Celgard膜，將兩個電極分開。
圖5A示意性顯示裝置的結構。裝置包含一對離子液體滲入的Celgard膜(10)。在每個膜的一側上是由實施例2所述之油墨印刷的薄膜(12)。這些印刷的薄膜作為裝置的電極。使用銅帶(14)與電極形成電接觸，並透過導線(16)連接到電壓源。
圖5B顯示另一種裝置的結構，該裝置包含一基板和一LDPE，IR透明保護層。圖5B中的裝置的結構實質上包含如圖5A所示的佈置。然而，該裝置還包含一PET基板(18)和由LDPE(低密度聚乙烯)所形成的一保護封裝層(20)。銅連接器(14)穿透基板(18)和保護層(20)，以允許電極(12)透過導線(16)與外部電壓/電源連接。
實施例4-裝置操作
圖6A至6C顯示了實施例3中描述的裝置在55℃加熱板上的熱放射率的變化。使用FLIR C2熱影像攝影機獲得圖6A至6C的圖。每個圖的左上方指出的溫度表示在每個圖像的中心顯示的圓圈處測量的溫度。
圖6A顯示實施例3中的裝置在55℃加熱板上，不具有施加到裝置上的電位差(即裝置處於非工作狀態)。
在對裝置的兩個碳基電極施加5V的電位差後，裝置大約需要花20秒到達最低溫度，如圖6B所示。
圖6C顯示從裝置中移除電位差10秒後的裝置溫度。
圖7顯示溫度(透過紅外線熱影像記錄-參見圖6A至6C)對時間的關係圖。這顯示了一旦裝置開啟，整體溫度下降5℃需要約20秒。以指數衰變(exponential decay)繪製數據會產生大約9.5秒的時間常數(time constant)。
如實施例3中所描述形成的裝置觀察到類似的效果，但其中電極僅包含碳奈米管(而不是由實施例2所描述之墨水形成)，如圖8A所示。
對於此實驗，形成如上文實施例3中所述之裝置，但其中電極獨自由碳奈米管(而不是石墨奈米片、碳奈米管和羧甲基纖維素的組合)形成。在測量的時間內施加到裝置的電壓顯示於圖8A的圖表上方。圖8A顯示了放置在裝置後面的本體(body)的測量溫度(相對於紅外線溫度感測器)。圖8A顯示了裝置在30℃至100℃的溫度範圍內調節本體的表觀溫度的能力。
圖8B顯示溫度變化(圖8A所示)作為本體的溫度的函數(其溫度正在被測量/調節)。
在不同溫度下一系列記錄的放射率證明了快速裝置切換和降低表觀溫度的有效性。
以金屬和半導體碳奈米管觀察到相似效果，比較結果如下：
碳奈米管 電位範圍 ε max ε min Δε/ε
半導體 -1V to 2.5V 0.54 0.24 0.56
金屬 -2V to 3V 0.61 0.31 0.49
實施例5-裝置的進一步表徵(characterisation)
使用具有488nm(2.54 eV)、532nm(2.33 eV)、660nm(1.88 eV)和785nm(1.58 eV)雷射源的Renishaw inVia Qontor光譜儀進行拉曼測量。採集功率(Acquisition powers)範圍為4-7mV，10秒累積10次。多光譜拉曼允許透過集中在152-192cm -1範圍內的徑向呼吸模式(radial breathing modes, RBMs)來評估奈米管直徑。RBM位置和直徑之間的關係被捆綁(bundling)貢獻稍微混淆，但估計在薄膜中的碳奈米管的直徑在1.1nm與1.4nm之間。
透過四探針IV測量裝置的上表面來實現片電阻(圖9A)，顯示出含碳奈米管薄膜的片電阻的戲劇性變化。這被認為對應於薄膜的光學特性。
圖9B顯示在關閉狀態(接近圖9A中的最大片電阻)下偏壓為-1V和在開啟狀態(接近最小片電阻)下偏壓為+2V時，在溫度從60多度到50度以下的紅外線攝影機下的裝置。裝置在溫度變化下的時間-溫度曲線顯示於圖1e。從0V到+3V，及相似地從進入-1V的關閉狀態，溫度下降發生在＜10秒。由於放射率的調節，隨著溫度增加時溫度下降更明顯。
實施例6-由共鑄注入離子液體(ionic liquid-infused)的聚合物膜製成的裝置
在另一實施例中，從OCSiAl購買由0.4 wt%單壁碳奈米管0.4 wt%在水中含0.8wt%羧甲基纖維素鈉所製備的另外的油墨。將碳奈米管分散體在去離子水中稀釋10倍，並在水浴中超聲處理10分鐘以形成可噴塗油墨。
接著用噴槍以3bar在15cm的距離通過合適的模板噴塗油墨，以形成含碳奈米管的電極層。這在90℃的加熱板上完成。
通過將聚(二氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF-HFP)與離子液體[EMI][TMSI]共鑄在含碳奈米管電極層的頂部形成聚合物膜，以形成厚度為30μm的膜。為了達到此結果，將包含1.94%(w/w)PVDF-HFP、2.91%(w/w)[EMI][TFSI]和95.15%(w/w)丙酮的固體電解質前驅物液體以200 μL/cm 2滴鑄(dropcast)在含碳奈米管電極層上。將溶劑蒸發以留下包含60%[EMI][TSFI]和40%PVDF-HDP的膜。
然後，以與第一含碳奈米管電極相似的方法在聚合物膜的頂部上形成第二含碳奈米管電極層。
接著，用與上述實施例3中所描述的裝置的類似方法構造裝置。
關於它調節物體表觀溫度的能力，上述裝置顯示出與實施例3描述的裝置具有相似的特性。
圖10A顯示在10 mV/s下循環伏安法的3個循環。電流在低電位範圍(-1至+1V)中呈類盒狀形狀，在很大程度是穩定的。在較高電位下存在電流增加的區域，歸因於電解質離子的嵌入或電子狀態的密度增加。
圖10B顯示裝置在循環時在70℃加熱板上的表觀溫度。這再次顯示經過3個循環的良好熱穩定性，在-1V有最高溫度，在+2.5V有最低溫度。
圖10C顯示裝置在-1和+2.5V之間進行3次的切換。90%的切換發生在切換後的前10秒內。這顯示了根據該實施例製造的裝置的可行性。
10:Celgard膜 12:薄膜 14:銅帶、銅連接器 16:導線 18:基板 20:保護層
圖1說明了Pauli Blocking的原理，以改變石墨烯的能帶結構以阻擋狀態轉移。 圖2顯示層狀奈米片各自的寬度、長度和厚度的示意圖。 圖3和4顯示下文實施例2中描述的印刷油墨的掃描電子顯微術(SEM)影像。 圖5A示意性顯示根據本發明的一實施例的裝置的構造。 圖5B示意性顯示根據本發明的另一實施例的裝置的構造，並顯示出基板和保護封裝層。 圖6A至6C顯示了實施例3中描述的裝置在55℃加熱板上的熱放射率的變化的熱影像。 圖7顯示在下文實施例3中描述的裝置在開啟後溫度(通過紅外線熱影像記錄)對時間的關係圖。 圖8A顯示在施加到如實施例3中描述的裝置的電壓變化期間溫度範圍內溫度(通過紅外線熱影像記錄)對時間的關係圖，但其中電極僅包含碳奈米管。 圖8B總結了圖8A中所示的溫度變化作為裝置後面的本體溫度的函數。 圖9A顯示了片電阻作為施加到如下實施例中所描述的裝置的電位差的函數。 圖9B顯示了在具有溫度的紅外線攝影機下，在關閉狀態下偏壓為-1V，在開啟狀態下偏壓為+2V時，圖9A中測試的裝置。 圖10A為實施例6所描述的裝置的循環伏安圖(cyclic voltammetry plot)。 圖10B顯示當實施例6中所描述的裝置放置在70℃加熱板上方時的表觀溫度(apparent temperature)。 圖10C顯示實施例6的裝置在-1V和2.5V之間的切換。
無。
10:Celgard膜
12:薄膜
14:銅帶
16:導線

Claims (16)

  1. 一種主動調節熱輻射的裝置，包含： (i)                一基板； (ii)             一或多種聚合物滲透膜，包含一離子液體電解質； (iii)           一或多個電極，包含沉積在該一或多種聚合物滲透膜中的至少一者之表面上的碳奈米管；以及 (iv)           一保護封裝層。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中，該一或多個電極更包含石墨奈米片。
  3. 如請求項2所述之裝置，其中，該碳奈米管和該石墨奈米片以0.15:1至0.6:1(碳奈米管：石墨奈米片)之重量比存在於該電極中。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之裝置，其中，該聚合物膜設置於一對電極之間。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之裝置，包含單壁碳奈米管，選擇性具有1nm至5nm之平均直徑，及/或大於3μm之長度。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之裝置，其中，該電極更包含一增稠劑，例如羧甲基纖維素。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之裝置，其中，該聚合物膜包含聚乙烯、聚丙烯、或其混合物。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之裝置，其中，該離子液體具有大於或等於4V之電化學電位窗。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之裝置，其可連接到或連接到一電源。
  10. 如請求項1所述之裝置，包含： (i)                一或多種聚合物滲透膜，包含聚乙烯、聚丙烯、或其混合物，該一或多種聚合物滲透膜包含一離子液體； (ii)             一或多個電極，包含沉積在該一或多種聚合物膜中的至少一者之表面上的石墨烯奈米片和碳奈米管的一混合物，其中，該碳奈米管和該石墨烯奈米片的重量比為0.15:1至0.6:1(碳奈米管：石墨奈米片)。
  11. 如請求項1所述之裝置，包含： (i)                一或多種聚合物滲透膜，包含聚乙烯、聚丙烯、或其混合物，該一或多種聚合物滲透膜包含一離子液體； (ii)             一對電極，包含沉積在該一或多種聚合物膜之表面上的碳奈米管的一混合物，其中，該混合物的重量比為0.15:1至0.6:1(碳奈米管：石墨奈米片)。
  12. 一種製備如請求項1至11中任一項所述之裝置之方法，該方法包含： (a)  沉積一液體組成物在一第一聚合物滲透膜和一第二聚合物滲透膜中的至少一者上，該液體組成物包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)； (b) 以一離子液體浸漬該第一聚合物膜和該第二聚合物膜；以及 (c)  將該第一聚合物膜和該第二聚合物膜彼此固定。
  13. 如請求項12所述之方法，其中，步驟(a)包含沉積(例如印刷)包含碳奈米材料的液體組成物在該第一聚合物膜和該第二聚合物膜上，該碳奈米材料的重量比為0.15:1至0.6:1(碳奈米管：石墨奈米片)。
  14. 一種製備如請求項1至11中任一項所述之裝置之方法，該方法包含： (a)  形成包含一離子液體的一第一聚合物滲透膜和一第二聚合物滲透膜； (b) 沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一離子組成物在該聚合物膜的至少一者(例如兩者)上，以形成包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一薄膜；以及 (c)  將該第一聚合物膜和該第二聚合物膜彼此固定。
  15. 一種製備如請求項1至11中任一項所述之裝置之方法，該方法包含： (a)  提供一基板； (b) 沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一液體組成物到該基板上，以形成一第一電極； (c)  沉積包含一聚合物和一離子液體的一液體到該第一電極上，以形成包含該離子液體的一聚合物滲透膜；以及 (d) 沉積包含碳奈米管(及選擇性石墨奈米片)的一液體組成物到該聚合物滲透膜上，以形成一第二電極。
  16. 一種偽裝/隱藏來自主體的熱輻射之方法，該方法包含放置如請求項1至11中任一項所述之裝置在該主體與一熱輻射檢測器之間。
TW111107635A 2021-03-04 2022-03-03 具有低熱放射率之裝置 TW202306892A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB2103036.6A GB202103036D0 (en) 2021-03-04 2021-03-04 Devices with Low Thermal Emissivity
GB2103036.6 2021-03-04
EP21171668.3A EP4053076A1 (en) 2021-03-04 2021-04-30 A device for active modification of thermal radiation
EP21171668.3 2021-04-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202306892A true TW202306892A (zh) 2023-02-16

Family

ID=80739073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111107635A TW202306892A (zh) 2021-03-04 2022-03-03 具有低熱放射率之裝置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240151498A1 (zh)
EP (1) EP4301697B1 (zh)
AU (1) AU2022229834A1 (zh)
CA (1) CA3210635A1 (zh)
TW (1) TW202306892A (zh)
WO (1) WO2022184866A1 (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3636592A1 (en) 2018-10-12 2020-04-15 Advanced Material Development Limited Liquid-exfoliated nanomaterials

Also Published As

Publication number Publication date
EP4301697A1 (en) 2024-01-10
AU2022229834A1 (en) 2023-08-24
EP4301697B1 (en) 2024-06-12
US20240151498A1 (en) 2024-05-09
CA3210635A1 (en) 2022-09-09
WO2022184866A1 (en) 2022-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. A freestanding cellulose nanofibril–reduced graphene oxide–molybdenum oxynitride aerogel film electrode for all-solid-state supercapacitors with ultrahigh energy density
US11120952B2 (en) Supercapacitor having a high volumetric energy density
Huang et al. Effects of reduction process and carbon nanotube content on the supercapacitive performance of flexible graphene oxide papers
US11286164B2 (en) Carbon nanotube, carbon nanotube dispersion, and use thereof
EP3816103A1 (en) Carbon nanotube dispersion and usage therefor
US20100159366A1 (en) Layer-by-layer assemblies of carbon-based nanostructures and their applications in energy storage and generation devices
JP2012501515A (ja) 複合電極材料と、この材料を含む電池の電極と、この電極を有するリチウム電池
Zhang et al. Fabrication and characterization of carbon-coated Li2FeSiO4 nanoparticles reinforced by carbon nanotubes as high performance cathode materials for lithium-ion batteries
Ma et al. Pitaya-like microspheres derived from Prussian blue analogues as ultralong-life anodes for lithium storage
CN106145191B (zh) 一种硫化钼多级结构纳米材料及其制备方法与应用
KR101744122B1 (ko) 구겨진 형상의 그래핀-탄소나노튜브 복합체 제조방법, 이에 따라 제조된 그래핀-탄소나노튜브 복합체 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터
Amutha et al. A 2 V asymmetric supercapacitor based on reduced graphene oxide-carbon nanofiber-manganese carbonate nanocomposite and reduced graphene oxide in aqueous solution
TW201914955A (zh) 複合材料與其製造方法以及應用複合材料之電極及其製造方法
KR102011050B1 (ko) 파이로프로틴 기반의 다공성 탄소 소재의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 파이로프로틴 기반의 다공성 탄소 소재
JP2024045445A (ja) カーボンナノチューブ分散液およびその利用
Gottam et al. Composite electrode material of MoO3‐MC‐SiO2‐PANI: Aqueous supercapacitor cell with high energy density, 1 V and 250,000 CD cycles
Weng et al. Preparation and characterizations of nanoparticles from graphite via an electrochemically oxidizing method
EP4053076A1 (en) A device for active modification of thermal radiation
WO2019199770A1 (en) Graphene-enabled selenium cathode active material for an alkali metal-selenium secondary battery
US20190312267A1 (en) Production process for graphene-enabled selenium cathode active material for an alkali metal-selenium secondary battery
TW202306892A (zh) 具有低熱放射率之裝置
KR102600789B1 (ko) 실리콘-그래핀 복합 음극재 및 그 제조방법
Chen et al. Controllable graphene coated mesoporous carbon/sulfur composite for lithium–sulfur batteries
WO2024047231A1 (en) Devices for near-infrared signature reduction
KR20220048905A (ko) 이차전지 분리막의 제조 방법