一種納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)光譜選擇吸收領(lǐng)域，尤其涉及一種納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]納米復(fù)合材料常具有優(yōu)異光電特性，如表面等離子體共振，電致發(fā)光，電致變色等，這主要得益于其納米效應(yīng)以及可調(diào)式的復(fù)合結(jié)構(gòu)。其中，將納米金屬顆粒與電介質(zhì)復(fù)合制備而成的金屬陶瓷便具有優(yōu)異的吸收特性，納米金屬顆粒具有較高的電子密度，能夠引起局域表面等離子體共振來(lái)提高對(duì)光的吸收能力，且通過(guò)調(diào)整納米顆粒的尺寸以及電介質(zhì)基體的光學(xué)參數(shù)便可以調(diào)制該復(fù)合材料的光譜吸收范圍。然而，由于納米金屬顆粒具有較高的化學(xué)活性與拙劣的高溫穩(wěn)定性，金屬陶瓷在中高溫領(lǐng)域的應(yīng)用受到了諸多限制，無(wú)法滿(mǎn)足一些關(guān)于耐久性方面的要求。而石墨作為一種具有金屬特性的非金屬材料，具有優(yōu)良的電學(xué)性能，且化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)異，可替代金屬作為納米顆粒與電介質(zhì)復(fù)合，使其既具有與金屬陶瓷類(lèi)似的吸收特性，又具備優(yōu)良的穩(wěn)定性，成為一種十分具有潛力的新型復(fù)合材料。
[0003]太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換材料是一種能夠充分吸收太陽(yáng)光并將其高效轉(zhuǎn)換成熱能的新能源材料，而納米石墨晶/電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)優(yōu)異的吸收特性與穩(wěn)定性尤其適合于該領(lǐng)域的應(yīng)用。將該復(fù)合薄膜與一低輻射率層串聯(lián)使用，復(fù)合薄膜朝向陽(yáng)光，便可以使得該材料既具有高效的太陽(yáng)光吸收能力，又具備較低的熱輻射率來(lái)減少熱輻射的損失以達(dá)到高效利用太陽(yáng)能的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種新型納米復(fù)合材料、該復(fù)合材料具有優(yōu)異的光譜吸收特性和化學(xué)穩(wěn)定性，并適用于太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。
[0005]一種納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，具有兩相復(fù)合的電介質(zhì)基體和納米石墨晶粒，所述納米石墨晶粒的尺寸在3nm?20nm范圍內(nèi)，在該尺寸范圍內(nèi)的石墨晶會(huì)具有較強(qiáng)的吸收特性，主要源于其散射效應(yīng)已經(jīng)局域表面等離子體共振效應(yīng)。
[0006]納米石墨晶粒均勾分布在復(fù)合薄膜中，且與電介質(zhì)基體在納米尺度上進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合尺度在50nm以下，即在任意50nm范圍內(nèi)都存在石墨晶和電介質(zhì)的兩相復(fù)合，這種納米尺度的復(fù)合能有效提高其光電性能。
[0007]其中，所述的電介質(zhì)為T(mén)i02、Si02或ZrO等。
[0008]該結(jié)構(gòu)屬于薄膜材料，薄膜厚度應(yīng)在100?100nm范圍內(nèi)，低于10nm的薄膜會(huì)因?yàn)楣獬踢^(guò)短無(wú)法對(duì)光進(jìn)行充分吸收，而大于100nm的薄膜會(huì)因?yàn)樘穸绊懙洼椛鋵拥妮椛渎省?br>[0009]一種納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，將所述的納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)與低輻射率層串聯(lián)，使其同時(shí)具優(yōu)異的太陽(yáng)光吸收特性與較低的輻射性能，成為一種高效的太陽(yáng)能能源材料，應(yīng)用于太陽(yáng)能選擇吸收領(lǐng)域。
[0010]其中，所述的低輻射率層為輻射率低于0.1的涂層或基底材料，輻射率越低，其吸收效率越高。
[0011]其中，所述的低輻射率層為金屬基板或金屬鍍層，如銅，不銹鋼，鋁，金，銀等。
[0012]本發(fā)明的納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的光譜吸收特性和化學(xué)穩(wěn)定性，該復(fù)合薄膜與一低輻射率層串聯(lián)使用，復(fù)合薄膜朝向陽(yáng)光，便可以使得該材料既具有高效的太陽(yáng)光吸收能力，又具備較低的熱輻射率來(lái)減少熱輻射的損失以達(dá)到高效利用太陽(yáng)能的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2是納米石墨晶/1102復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的TEM照片；
[0015]圖3是納米石墨晶的TEM晶格條紋；
[0016]圖4是納米石墨晶/T12復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的斷面SEM照片；
[0017]圖5是該復(fù)合薄膜鍍?cè)阢~基板上的太陽(yáng)光光譜吸收特性。
[0018]圖6是該復(fù)合薄膜鍍?cè)阢~基板上的紅外光譜特性。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，一種納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，具有兩相復(fù)合的電介質(zhì)基體和納米石墨晶粒，納米石墨晶粒的尺寸在3nm?20nm范圍內(nèi)，電介質(zhì)基體和納米石墨晶粒的復(fù)合尺度在50nm以下，且薄膜厚度在100?100nm范圍內(nèi)，常用的電介質(zhì)為T(mén)i02、Si02或 Zr。。
[0020]將上述的納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)與低輻射率層(輻射率低于0.1)串聯(lián)，使其同時(shí)具優(yōu)異的太陽(yáng)光吸收特性與較低的輻射性能，成為一種高效的太陽(yáng)能能源材料，應(yīng)用于太陽(yáng)能選擇吸收領(lǐng)域。
[0021]以制備一種納米石墨晶與電介質(zhì)二氧化鈦的復(fù)合薄膜為例，并鍍于具有低輻射性能的銅基板上，具體方法如下:
[0022]I)將鈦酸四丁酯和乙酰丙酮攪拌均勻，乙酰丙酮與鈦酸四丁酯的摩爾比為2，獲得A溶液；
[0023]將水楊酸加入至乙醇中，攪拌混合，得到B溶液，水楊酸和乙醇的摩爾比為2，水楊酸和鈦酸四丁酯的摩爾比為25 ;
[0024]2)將B溶液逐滴加入A溶液中，攪拌混合均勻，并在室溫下陳化24h ；
[0025]3)銅基板清洗:將銅基板用粗砂紙打磨一細(xì)磨一拋光一丙酮清洗；
[0026]4)利用旋涂?jī)x將步驟2)得到的凝膠旋涂在銅基板上，其轉(zhuǎn)速為lOOOr/min勻膠9s 和 3000r/min 下 30s ；
[0027]5)將該薄膜在高真空下進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為600°C，真空度為10_4Pa，保溫時(shí)間為60min。
[0028]制備而成的薄膜其TEM照片如圖2所示，石墨顆粒的晶格條紋如圖3所示，可以看到清晰的晶格條紋，對(duì)應(yīng)石墨晶體的(002)及(100)晶面。石墨晶斷面結(jié)構(gòu)如圖4所示，薄膜厚度約為250nm。將該結(jié)構(gòu)與Cu基板串聯(lián)使用，其光譜特性如圖5與圖6所示，可計(jì)算出材料的太陽(yáng)光吸收率為0.94，紅外輻射率約為0.10，說(shuō)明其具有較高的太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有兩相復(fù)合的電介質(zhì)基體和納米石墨晶粒，所述納米石墨晶粒的尺寸在3nm?20nm范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，電介質(zhì)基體和納米石墨晶粒的復(fù)合尺度在50nm以下。
3.如權(quán)利要求1所述的納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的電介質(zhì)為 Ti02、Si02 或 ZrO0
4.如權(quán)利要求1所述的納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，薄膜厚度在100?100nm范圍內(nèi)。
5.一種權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其特征在于，將所述的納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)與低輻射率層串聯(lián)，制成一種復(fù)合薄膜。
6.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的低輻射率層為輻射率低于0.1的涂層或基底材料。
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的低輻射率層為金屬基板或金屬鍍層。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，具有兩相復(fù)合的電介質(zhì)基體和納米石墨晶粒，納米石墨晶粒的尺寸在3nm～20nm范圍內(nèi)，納米石墨晶粒均勻分布在復(fù)合薄膜中，且與電介質(zhì)基體在納米尺度上進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合尺度在50nm以下。本發(fā)明還公開(kāi)了一種納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，將所述的納米石墨晶電介質(zhì)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)與低輻射率層串聯(lián)，使其同時(shí)具優(yōu)異的太陽(yáng)光吸收特性與較低的輻射性能，成為一種高效的太陽(yáng)能能源材料，應(yīng)用于太陽(yáng)能選擇吸收領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】F24J2-48, B32B9-00, B32B37-00, B32B15-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104596137
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410723085
【發(fā)明人】劉涌, 王慷慨, 伍枝正, 程波, 宋晨路, 韓高榮
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月2日