氧化石墨烯與ntc半導(dǎo)體粉體雜化太陽能吸熱材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能吸熱材料的制備方法，具體涉及一種氧化石墨烯與NTC半導(dǎo)體粉體雜化太陽能吸熱材料及制備方法，本發(fā)明制備的材料可以用于太陽光吸熱、光熱轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換、光熱和激光信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽光吸熱應(yīng)用一般采用黑色金屬或合金粉末涂層作為吸熱材料，其主要吸熱范圍為可見光，對(duì)于紅外和紫外光吸收效率差異較大，各有優(yōu)劣。最早人們使用黑板漆作為吸光材料，吸收率可達(dá)97%，但是他邊吸收，又邊以不可見紅外線的形式把熱量又輻射出去好大一部分，造成總效率降低。黑鉻涂層的吸收比α和發(fā)射比ε分別為0.93 — 0.97和0.07—0.15, α/ε為6?13，具有優(yōu)良的光遒選擇性。黑鉻涂層的熱穩(wěn)定性和抗高溫性能也很好，適用于高溫條件，在300°C能長期穩(wěn)定工作。此外，黑鉻涂層還具有較好的耐候性和耐蝕性。佰牛產(chǎn)成本較高。黑鎳涂層的吸收比α可達(dá)0.93?0.96,熱發(fā)射比ε為0.08?0.15, α/ε接近6?12，其吸收性能較好。由于黑鎳涂層的熱穩(wěn)定性、耐蝕性較差，通常只適用于低溫太陽能熱利用。黑鈷涂層的牛.耍成分是CoS,具有峰窩型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其吸收比α可達(dá)0.94?0.96，發(fā)射比ε為0.12?0.14，α/ε為6.7?8。粟用酞菩綠和自制的鐵銅復(fù)合氧化物一一Fe3CuO5S顏料，以丙烯酸樹脂為粘合劑，以乙酸乙脂、乙酸丁脂和二甲苯混合物為溶劑，采用多次噴途法，在鋼板底材上涂層厚度不超過3 μ mo該涂層的太陽吸收比為0.94?0.96,發(fā)射率比為0.37?0.39。該涂層成本低，性能較好，裝飾性強(qiáng)，適合在太陽房和熱水器上應(yīng)用。上述材料其紅外輻射發(fā)射率高，總吸熱效率有限。
[0003]力求把太陽光吸收轉(zhuǎn)化為熱能，找到能充分全部利用可見光、紫外光和熱量高的紅外光的光吸熱材料，一直是科學(xué)技術(shù)的追求目標(biāo)。
[0004]新型雜化材料外觀為黑色，不但可以吸收可見光的，還可以吸收紅外光。它采用一種或幾種負(fù)溫度系數(shù)半導(dǎo)體(縮寫NTC)粉體材料被氧化石墨烯包覆，因?yàn)檠趸橥该鹘^緣材料，光可以透過氧化石墨烯，對(duì)于包裹其間的半導(dǎo)體材料粉末表面激發(fā)而產(chǎn)生電子躍迀，該電子在半導(dǎo)體顆粒表面產(chǎn)生電磁波，而電磁波只能在絕緣的氧化石墨烯包裹的微小空間中傳播，半導(dǎo)體顆粒表面激發(fā)所得自由電子與絕緣的氧化石墨烯碰撞后，也無法將能量傳遞出去，只會(huì)在微米尺度氧化石墨烯絕緣空間振蕩并且產(chǎn)生電磁波振蕩，最終形成半導(dǎo)體顆粒表面原子的電子發(fā)生等離子體振蕩而升溫，使得光能可以較完全的轉(zhuǎn)換為熱能，雜化材料外觀為黑色可以吸收可見光，又因?yàn)榈入x子體振蕩使得該材料可以吸收光譜分布范圍寬，同時(shí)反射率和對(duì)外輻射發(fā)射率接近于零，使得光能量不會(huì)被再次以紅外線被再次幅射出去，所以吸熱效率更高。新型雜化材料具有與黑鉻、鈷或黑鎳涂層一樣或者說接近的吸收效率，但其對(duì)外輻射發(fā)射率更低，特別是紅外輻射幾乎接近于零，因而材料總的光熱轉(zhuǎn)換效率會(huì)更高。同時(shí)其熱穩(wěn)定性和抗高溫性能也很好，300 °C能長期穩(wěn)定工作。還具有較好的耐候性和耐蝕性。同時(shí)其成分以金屬錳和銅鐵氧化物為主，鈷和鎳氧化物為輔，隨著氧化石墨烯大規(guī)模制造成本降低，其比較成本也有優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種氧化石墨烯與NTC半導(dǎo)體粉體雜化太陽能吸熱材料及制備方法，
[0007]技術(shù)方案
[0008]一種氧化石墨烯與NTC半導(dǎo)體粉體雜化太陽能吸熱材料，其特征在于:采用透光率80%以上的電絕緣體氧化石墨烯薄膜包覆深顏色負(fù)溫度系數(shù)的NTC半導(dǎo)體粉體材料或摻雜NTC半導(dǎo)體材料。
[0009]所述NTC半導(dǎo)體粉體材料或摻雜NTC半導(dǎo)體材料的顏色為黑色到深藍(lán)紫色之間，粒徑為5微米到lnm。
[0010]所述NTC半導(dǎo)體粉體材料是粒徑在100納米以下單分散粉末顆粒。
[0011]所述電絕緣體氧化石墨烯采用透明度80%以上的多層或者單層氧化石墨烯。
[0012]—種制備所述氧化石墨稀與NTC半導(dǎo)體粉體雜化太陽能吸熱材料的方法，其特征在于步驟如下:
[0013]步驟1:將氧化石墨烯和NTC半導(dǎo)體粉末或摻雜NTC半導(dǎo)體材料，按照氧化石墨烯:NTC顆粒為1000?1.01: I的摩爾進(jìn)行配比；
[0014]步驟2:通過研磨混合使得氧化石墨烯包覆于NTC半導(dǎo)體粉末或摻雜NTC半導(dǎo)體材料的表面形成包覆后的顆粒。
[0015]—種制備所述氧化石墨稀與NTC半導(dǎo)體粉體雜化太陽能吸熱材料的方法，其特征在于步驟如下:
[0016]步驟1:將氧化石墨烯和NTC半導(dǎo)體粉末或摻雜NTC半導(dǎo)體材料一種或數(shù)種，按照氧化石墨烯:NTC顆粒為1000?1.01: I的摩爾進(jìn)行配比；
[0017]步驟2:將氧化石墨烯先配成水溶液或者有機(jī)溶劑溶液；
[0018]步驟3:將NTC半導(dǎo)體材料或者摻雜NTC半導(dǎo)體材料兩者一種或數(shù)種攪拌加入溶液分散混合均勻，然后過濾掉水或者溶劑，再烘干蒸發(fā)掉殘余的水或溶劑，使得氧化石墨烯包覆于NTC半導(dǎo)體粉末或摻雜NTC半導(dǎo)體材料的表面形成包覆后的顆粒。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明提出的一種氧化石墨烯與NTC半導(dǎo)體粉體雜化太陽能吸熱材料及制備方法，本發(fā)明提供的光吸熱材料，其吸收光的能量轉(zhuǎn)換為熱的效率有明顯提高，采用透光率90%以上的電絕緣體氧化石墨烯薄膜包覆深顏色負(fù)溫度系數(shù)(縮寫NTC)半導(dǎo)體粉體材料。主要來源于透明絕緣氧化石墨烯膜包裹黑色半導(dǎo)體熱敏納米顆粒，太陽光或者其他激光等的可見光和不可見光的光線可以90%以上透過氧化石墨烯薄膜(單層氧化石墨烯最高可以達(dá)到98.5% )，光子激發(fā)半導(dǎo)體納米顆粒表面產(chǎn)生電子躍迀，但是納米顆粒表面電子被限制只能在由絕緣氧化石墨烯膜包裹的在極有限域微小空間發(fā)生共振和碰撞，相互之間碰撞頻率會(huì)更高更快，導(dǎo)致納米顆粒表面電子發(fā)生等離子體共振而生成熱量，因?yàn)榇思ぐl(fā)作用不但對(duì)可見光有效，不可見的紅外和紫外光也可以起吸收作用，因而使得黑色半導(dǎo)體熱敏納米顆粒不但可以完全吸收可見光，而且可以幾乎完全吸收紅外光和紫外光。
[0021]與其他同類材料相比，吸收可見光的效率接近，但由于由此被絕緣透明氧化石墨烯包裹而引發(fā)納米顆粒表面發(fā)生等離子體共振，光的能量可見光有效，不可見的紅外和紫外光，可以幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱量，因此其向外輻射發(fā)射率更低，材料總的光熱轉(zhuǎn)換效率更尚O
【附圖說明】
[0022]圖1激光照射燒蝕材料效果示意圖.上圖為普通激光燒蝕材料效果，會(huì)形成一個(gè)小洞；下圖為激光通過照射雜化材料進(jìn)而加熱燒蝕效果，會(huì)一次燒蝕數(shù)百倍的橢圓的平面面積。
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0024]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:NTC半導(dǎo)體粉體材料要求能夠產(chǎn)生光致生電或者熱致生電效應(yīng)，而且顏色為黑色到深藍(lán)紫色之間，顏色深主要是為了吸收可見光。粒徑為5微米到lnm，最好是100納米以下單分散粉末顆粒，這樣對(duì)于光激發(fā)吸收效率會(huì)更高。一種或幾種此類半導(dǎo)體材料被氧化石墨烯包覆，氧化石墨烯為透明電絕緣材料，兩者混合加工形成NTC半導(dǎo)體粉末顆粒包裹于氧化石墨烯中間的一種雜化復(fù)合材料，以此作為一種新型太陽能吸熱材料使用或者熱源探測(cè)材料使用。
[0025]本發(fā)明還提供所述的材料的制備方法，包括以下材料和步驟:
[0026]采用不同方法制備的多層或者單層氧化石墨烯，可以購買或者制備均可。主要是所制氧化石墨稀必須透光率至少大于80%以上，其中尤以單層氧化石墨稀透光97.5%效果最好。深顏色的NTC半導(dǎo)體粉末材料，主要性能顏色黑色到深藍(lán)紫色之間，半導(dǎo)體材料具有熱敏生電或者光致生電性能；若粉末為白色，可以先用染料染為黑色到深藍(lán)紫色之間。這類材料比如黑色的 Mn3Cu2Ni09_x (X〉0.001)、Mn3Co2N19^x, Mn3CuFeNi09_x黑色 CuO 粉摻雜Ni，還有稀土 Y、Ce摻雜1102為白色，必須先用染料染為黑色等再使用；半導(dǎo)體材料顆粒粒徑最大不能超過5微米，100納米以下較好，最好是100納米以下的單分散粉末形態(tài)，效果更好。
[0027]還有一類稀土或者變價(jià)元素?fù)诫s形成的半導(dǎo)體，比如Gd摻雜的NaA103、Ce摻雜NaCoO2或者P、In摻雜的S1 2等，具有熱敏生電或者光致生電性能突出者更好，若為淺色，可以采用染料染至呈黑色。這類半導(dǎo)體材料顆粒粒徑最大不能超過10微米，粒徑是100納米以下的單分散粉末形態(tài)效果更好。
[0028]制備方式之一，為采用研磨方式將氧化石墨烯與上述NTC半導(dǎo)體材料或者摻雜NTC半導(dǎo)體材料按照(