本發(fā)明涉及復(fù)合材料的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜及其制備方法和應(yīng)用及一種光熱轉(zhuǎn)化裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代社會，由于能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益加重，太陽能作為一種可再生的清潔能源越來越多的受到了社會的關(guān)注。納米粒子的表面等離子體共振效應(yīng)可以產(chǎn)生局部熱，局部熱的產(chǎn)生能夠促進(jìn)太陽能高效轉(zhuǎn)化為蒸汽能，這與傳統(tǒng)的通過加熱整體液體來產(chǎn)生蒸汽有很大的不同，局部熱能的產(chǎn)生能夠減少熱量損失，實現(xiàn)高效率的太陽能與蒸汽能的轉(zhuǎn)化。此技術(shù)擁有廣闊的應(yīng)用前景，例如：海水淡化，誘導(dǎo)發(fā)電，液體分餾，醫(yī)療器械消毒等等。

目前，主要的光熱蒸汽轉(zhuǎn)化材料主要有金，銀等貴金屬納米流體以及這些物質(zhì)所組裝的宏觀材料，但這些材料具有價格昂貴、容易團(tuán)聚、材料組裝工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，限制了它們的實際應(yīng)用。

除貴金屬外，硫化銅、碳納米管、炭黑等無機(jī)納米材料也具有優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)化性能，但這些材料大多數(shù)都作為分散液應(yīng)用于光熱轉(zhuǎn)化裝置，這種裝置中溶液下部產(chǎn)生的熱蒸汽氣泡需要穿過整個溶液才能逃逸出去，造成大部分不必要的熱量損失。此外，也有一些由無機(jī)納米粒子組裝為宏觀體的報道，但這些宏觀體僅僅依靠物理吸附連接，并不具有好的重復(fù)使用性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜及其制備方法和應(yīng)用及一種光熱轉(zhuǎn)化裝置，本發(fā)明提供的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜光熱轉(zhuǎn)化效率高、機(jī)械穩(wěn)定性好、可重復(fù)使用。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將炭黑和乙酸亞鐵混合后在密閉條件下進(jìn)行微波處理，得到膨脹炭黑；

將膨脹炭黑和交聯(lián)劑分散于水中，得到膨脹炭黑分散液；

使用混合纖維素濾膜濾除所述膨脹炭黑分散液中的水分，膨脹炭黑和混合纖維素發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜；所述混合纖維素濾膜表面帶有氨基。

優(yōu)選的，所述炭黑和乙酸亞鐵的質(zhì)量比為1:1～3。

優(yōu)選的，所述微波處理的功率為800～1000w；

所述微波處理的溫度為260～300℃；

所述微波處理的時間為10～20s。

優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑為聚乙烯亞胺、聚乙烯胺和聚丙烯酰胺中的一種或幾種的混合物。

優(yōu)選的，所述膨脹炭黑和交聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:20～40。

優(yōu)選的，所述膨脹炭黑的質(zhì)量和混合纖維素濾膜的面積比為(10～30)mg：(10～20)cm²。

本發(fā)明提供了上述方案任意一項所述制備方法制備的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。

本發(fā)明提供了上述方案所述的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜在太陽能光熱轉(zhuǎn)化裝置中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種光熱轉(zhuǎn)化裝置，包括支撐材料、將支撐材料完全包裹的吸水材料和置于吸水材料表面的如上述方案所述的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。

優(yōu)選的，所述吸水材料為無塵紙；

所述支撐材料為聚苯乙烯泡沫、玻璃棉、巖棉或酚醛泡沫。

本發(fā)明提供了一種碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的制備方法，包括以下步驟：將炭黑和乙酸亞鐵混合后在密閉條件下進(jìn)行微波處理，得到膨脹炭黑；將膨脹炭黑和交聯(lián)劑分散于水中，得到膨脹炭黑分散液；使用混合纖維素濾膜濾除所述膨脹炭黑分散液中的水分，膨脹炭黑和混合纖維素發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜；所述混合纖維素濾膜表面帶有氨基。本發(fā)明通過微波處理制備膨脹炭黑，提高膨脹炭黑的光熱轉(zhuǎn)化性能，再使用交聯(lián)劑使膨脹炭黑表面的羧基基團(tuán)和混合纖維素表面的氨基基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成酰胺鍵，使膨脹炭黑和混合纖維素濾膜實現(xiàn)化學(xué)鍵連接，從而提高碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的機(jī)械穩(wěn)定性，實現(xiàn)可重復(fù)使用。

本發(fā)明提供了上述方案所述制備方法制備的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。

本發(fā)明提供了上述方案所述的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜在太陽能光熱轉(zhuǎn)化裝置中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜具有高效的光熱轉(zhuǎn)化性能，在太陽光的輻照下，可以直接將普通的水、海水、乙醇、丙酮等低沸點(diǎn)的液體轉(zhuǎn)化為氣體，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明還提供了一種光熱轉(zhuǎn)化裝置，包括支撐材料、將支撐材料完全包裹的無塵紙和置于無塵紙表面的上述方案所述的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明提供的光熱轉(zhuǎn)化裝置在1kw/m²的光照條件下，光熱轉(zhuǎn)化效率能夠達(dá)到85％，且14次重復(fù)試驗后仍能保持穩(wěn)定的光熱性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1微波處理前后炭黑對光的透過和反射圖譜；

圖2為本發(fā)明實施例1制備的膨脹炭黑的sem照片；

圖3為本發(fā)明實施例1制備的膨脹炭黑中c1s的xps圖譜；

圖4為本發(fā)明實施例1微波處理前后炭黑的紅外圖譜；

圖5為本發(fā)明實施例2制備光熱轉(zhuǎn)化裝置的流程示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例2使用碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜和光熱轉(zhuǎn)化裝置進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗時水的質(zhì)量和溫度變化圖；

圖7為本發(fā)明實施例2使用裝置1和光熱轉(zhuǎn)化裝置進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗時水的質(zhì)量和溫度變化圖；

圖8為本發(fā)明實施例2的光熱轉(zhuǎn)化裝置的循環(huán)性能測試圖；

圖9為本發(fā)明實施例2的光熱轉(zhuǎn)化裝置對海水進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗的數(shù)據(jù)圖；

圖10為本發(fā)明實施例3不同膨脹炭黑質(zhì)量的光熱轉(zhuǎn)化裝置的光熱轉(zhuǎn)化性能測試圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將炭黑和乙酸亞鐵混合后在密閉條件下進(jìn)行微波處理，得到膨脹炭黑；

將膨脹炭黑和交聯(lián)劑分散于水中，得到膨脹炭黑分散液；

使用混合纖維素濾膜濾除所述膨脹炭黑分散液中的水分，膨脹炭黑和混合纖維素發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜；所述混合纖維素濾膜濾膜表面帶有氨基。

本發(fā)明將炭黑和乙酸亞鐵混合后在密閉條件下進(jìn)行微波處理，得到膨脹炭黑。在本發(fā)明中，所述炭黑和乙酸亞鐵的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1～3，更優(yōu)選為1:1～2；所述炭黑的粒徑優(yōu)選為500～1000μm，更優(yōu)選為600～800μm；本發(fā)明對所述炭黑和乙酸亞鐵的來源沒有特殊要求，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知來源的炭黑和乙酸亞鐵即可，具體的如市售的炭黑和乙酸亞鐵。

本發(fā)明優(yōu)選將炭黑和乙酸亞鐵混合后進(jìn)行研磨，得到混合粉末。本發(fā)明對研磨的具體時間沒有特殊要求，能夠使混合粉末的粒徑小于炭黑和乙酸亞鐵的粒徑即可，本發(fā)明通過研磨使炭黑和乙酸亞鐵混合的更加均勻。

得到混合粉末后，本發(fā)明將所得混合粉末在密閉條件下進(jìn)行微波處理，得到膨脹炭黑。在本發(fā)明中，所述微波處理的功率優(yōu)選為800～1000w，更優(yōu)選為900～950w；所述微波處理的溫度優(yōu)選為260～300℃，更優(yōu)選為270～280℃；所述微波處理的時間優(yōu)選為10～20s，更優(yōu)選為15～18s；本發(fā)明對微波處理采用的裝置沒有特殊要求，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的密閉式微波處理裝置即可，具體的如密閉式微波反應(yīng)器。在本發(fā)明中，所述膨脹炭黑的的粒徑優(yōu)選為10～100nm，更優(yōu)選為30～80nm。

在本發(fā)明中，乙酸亞鐵在微波照射下分解產(chǎn)生氧化亞鐵、二氧化碳、一氧化碳、氧氣和丙酮，丙酮和氧化亞鐵反應(yīng)生成鐵、碳化鐵、一氧化碳和水，具體的反應(yīng)方程式如下：

fe(co2ch3)2→feo+ch3coch3+co2

2fe(co2ch3)2→2feo+2ch3coch3+2co+o2

4feo+ch3coch3→fe+fe3c+2co+3h2o

反應(yīng)生成的氣體在密閉條件下可以使炭黑顆粒體積膨脹，進(jìn)而使石墨烯薄片剝離，成為膨脹炭黑，并且通過微波處理后，膨脹炭黑表面擁有大量的含氧官能團(tuán)如羥基，羧基，羰基等，可用于化學(xué)改性，實現(xiàn)穩(wěn)定的共價連接。本發(fā)明制備的膨脹炭黑具有比金納米顆粒更強(qiáng)的光吸收能力和優(yōu)異的局部熱生成能力，可以有效將太陽能轉(zhuǎn)化為熱蒸汽。

在本發(fā)明中，所得膨脹炭黑中摻雜有少量的鐵和碳化鐵，本發(fā)明無需對膨脹炭黑中的鐵和碳化鐵進(jìn)行分離，因為鐵和碳化鐵表面不含有能夠與氨基反應(yīng)的基團(tuán)，后續(xù)無法和混合纖維素薄膜進(jìn)行交聯(lián)，因而不會對本發(fā)明的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜產(chǎn)生影響。

得到膨脹炭黑后，本發(fā)明將所述膨脹炭黑和交聯(lián)劑分散于水中，得到膨脹炭黑分散液。在本發(fā)明中，所述交聯(lián)劑優(yōu)選為聚乙烯亞胺、聚乙烯胺和聚丙烯酰胺中的一種或幾種的混合物；所述交聯(lián)劑為混合物時，本發(fā)明對混合物中各組分的質(zhì)量比沒有特殊要求，采用任意質(zhì)量比混合均可；所述膨脹炭黑和交聯(lián)劑的質(zhì)量比優(yōu)選為1:20～40，更優(yōu)選為1:25～35；所述膨脹炭黑和水的質(zhì)量比優(yōu)選為1:50～700，更優(yōu)選為1:100～600，最優(yōu)選為1:200～500；所述水優(yōu)選為去離子水。

本發(fā)明優(yōu)選將膨脹炭黑、交聯(lián)劑和水混合后進(jìn)行超聲，使膨脹炭黑和交聯(lián)劑分散于水中；所述超聲的功率優(yōu)選為300～500w，更優(yōu)選為400w；所述超聲分散的時間優(yōu)選為1～3h，更優(yōu)選為1.5～2.5h。本發(fā)明對膨脹炭黑、交聯(lián)劑和水的混合順序沒有特殊要求，采用任意的混合順序均可。

得到膨脹炭黑分散液后，本發(fā)明使用混合纖維素濾膜濾除所述膨脹炭黑分散液中的水分，膨脹炭黑和混合纖維素發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。在本發(fā)明中，所述混合纖維素濾膜表面帶有氨基；所述膨脹炭黑的質(zhì)量和混合纖維素濾膜的面積比優(yōu)選為(10～30)mg：(10～20)cm²，更優(yōu)選為(12～25)mg:(10～15)cm²；所述混合纖維素濾膜的孔徑優(yōu)選為0.22～0.45μm，更優(yōu)選為0.45μm；所述混合纖維素濾膜的厚度優(yōu)選為0.18mm～0.35mm，更優(yōu)選為0.2～0.3mm。在本發(fā)明中，所述混合纖維素濾膜表面帶有氨基；本發(fā)明對所述混合纖維素濾膜的種類沒有特殊要求，表面帶有氨基的混合纖維素濾膜均可；本發(fā)明對所述混合纖維素濾膜的來源沒有特殊要求，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合纖維素濾膜即可，具體的如市售混合纖維素濾膜。

在本發(fā)明的具體實施例中，優(yōu)選通過減壓過濾濾除所述膨脹炭黑分散液中的水分，本發(fā)明對所述減壓過濾的具體操作方法沒有特殊要求，能夠?qū)⑺诌^濾完全即可。

在本發(fā)明中，膨脹炭黑表面帶有羧基，在過濾過程中，膨脹炭黑表面的羧基和混合纖維素濾膜表面的氨基在交聯(lián)劑的作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成酰胺鍵，從而實現(xiàn)膨脹炭黑和混合纖維素濾膜的化學(xué)鍵連接。

本發(fā)明還提供了上述方案所述制備方法制備的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。在本發(fā)明中，碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜包括混合纖維素濾膜和連接在混合纖維素濾膜表面的膨脹炭黑；所述碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜中膨脹炭黑的質(zhì)量優(yōu)選為0.5～1.5mg/cm²，更優(yōu)選為1～1.5mg/cm²；本發(fā)明提供的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜表面的膨脹炭黑通過化學(xué)鍵和混合纖維素薄膜連接，機(jī)械穩(wěn)定性好。

本發(fā)明提供了上述方案所述的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜在太陽能光熱轉(zhuǎn)化裝置中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜具有高效的光熱轉(zhuǎn)化性能，在太陽光的輻照下，可以直接將普通的水、海水、乙醇、丙酮等低沸點(diǎn)的液體轉(zhuǎn)化為水蒸氣和氣體，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明提供了一種光熱轉(zhuǎn)化裝置，包括支撐材料、將支撐材料完全包裹的吸水材料和置于吸水材料上表面的如上述方案所述的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。在本發(fā)明中，所述吸水材料優(yōu)選為無塵紙，更優(yōu)選為纖維素紙，最優(yōu)選為醋酸纖維素紙；所述無塵紙的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)選為0.03～0.05w/mk，更優(yōu)選為0.04w/mk；所述無塵紙的厚度優(yōu)選為0.5mm～0.7mm，更優(yōu)選為0.6mm。在本發(fā)明中，所述吸水材料具有優(yōu)異的吸水(液體)性能，在應(yīng)用過程中，作為液體的通道將液體輸送到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜和吸水材料的接觸面。

在本發(fā)明中，所述支撐材料優(yōu)選為聚苯乙烯泡沫、玻璃棉、巖棉或酚醛泡沫；所述支撐材料的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)選≤0.04w/mk，更優(yōu)選≤0.03w/mk；所述支撐材料的厚度優(yōu)選為1cm～1.5cm，更優(yōu)選為1.1～1.4cm；本發(fā)明的支撐材料不僅可以起到支撐作用，還能起到保溫的效果，可以有效降低熱傳導(dǎo)，減少光熱轉(zhuǎn)化過程中的熱能損失，提高蒸汽化轉(zhuǎn)化效率。

在本發(fā)明的具體實施例中，優(yōu)選將本發(fā)明提供的光熱轉(zhuǎn)化裝置置于水、海水、乙醇、丙酮等低沸點(diǎn)液體表面，使之漂浮在液面上，泡沫下層的液體被吸水材料吸收并且源源不斷的輸送到吸水材料與碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的接觸面，碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜在光照條件下產(chǎn)生熱能，從而將接觸面的液體轉(zhuǎn)化為蒸汽。

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜及其制備方法和應(yīng)用及一種光熱轉(zhuǎn)化裝置進(jìn)行詳細(xì)的說明，但是不能把它們理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實施例1

將0.1156g炭黑和0.1156g乙酸亞鐵倒入研磨中進(jìn)行研磨，然后將混合物置于密封的環(huán)境下放入微波反應(yīng)器在900w，300℃條件下反應(yīng)10s即可得到膨脹炭黑；

在2ml去離子水中加入0.525g聚乙烯亞胺和0.015g的膨脹炭黑，混合液在超聲波清洗機(jī)中超聲分散1小時得到均勻的分散液；隨后，將分散液減壓抽濾到孔徑0.45um的混合纖維素濾膜(濾膜面積為20cm²)上，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜(ecb/mce)。

使用紫外光譜儀對微波處理前后的炭黑進(jìn)行檢測，所得結(jié)果如圖1所示；根據(jù)圖1可以看出，膨脹碳黑對200～1500nm的光透過率小于3％，對整個太陽光的反射率小于3％，因此約有96％的光可以被膨脹炭黑吸收；

使用掃描電子顯微鏡對膨脹炭黑進(jìn)行觀察，所得結(jié)果如圖2所示；根據(jù)圖2可以看出，膨脹炭黑呈現(xiàn)出顆粒狀納米結(jié)構(gòu)，且各顆粒之間含有一定的間隙構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)，有利于蒸汽的逸出。

使用xps測試對膨脹炭黑的c1s進(jìn)行分析，所得xps圖譜如圖3所示；根據(jù)圖3可以看出，膨脹炭黑具有三種典型的碳的化學(xué)鍵，分別為c-c、o-c、o-c＝o，這些基團(tuán)的存在使膨脹炭黑能夠與混合纖維素濾膜通過化學(xué)鍵連接。

使用紅外光譜微對波處理前后的炭黑進(jìn)行檢測，所得結(jié)果如圖4所示；根據(jù)圖4可以看出膨脹炭黑與炭黑相比約在2916cm^-1有一個o-h的峰，從而更好的證明了膨脹炭黑與混合纖維素濾膜是通過化學(xué)鍵連接而并非物理吸附。

實施例2

使用醋酸纖維素紙(厚度0.5mm)包裹聚苯乙烯泡沫(厚度1.0cm)，將實施例1制備的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜置于醋酸纖維素紙上表面，得到光熱轉(zhuǎn)化裝置(nes)。

制備光熱轉(zhuǎn)化裝置的流程示意圖如圖5所示；

光熱轉(zhuǎn)化性能測試：

試驗1：將實施例1制備的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜(ecb/mce)、本實施例制備的光熱轉(zhuǎn)化裝置(nes)置于水面上，進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗，控制光照強(qiáng)度為1kw/m²，對水的溫度和質(zhì)量變化進(jìn)行檢測，所得結(jié)果如圖6所示，圖6為本實施例使用碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜和光熱轉(zhuǎn)化裝置進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗時水的質(zhì)量和溫度變化圖；根據(jù)圖6可以看出，使用nes進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗，水的質(zhì)量變化為0.583g/s，使用ecb/mce進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗，水的質(zhì)量變化約為0.174g/s，而單獨(dú)對水進(jìn)行光照的實驗組，質(zhì)量變化僅為0.064g/s；并且nes實驗組系統(tǒng)的溫度變化最小，僅升高了1.1℃。圖6的試驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化性能，使用碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜組裝成的光熱轉(zhuǎn)化裝置光熱轉(zhuǎn)化性能更優(yōu)，光熱轉(zhuǎn)化效率更高，熱損失更小。

試驗2：將碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜直接置于聚苯乙烯泡沫上，記為裝置1，再將裝置1置于水面上進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗；同時將本實施例制備的光熱轉(zhuǎn)化裝置(nes)置于水面上，進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗，控制光照強(qiáng)度為1kw/m²，光照時間為40min；對水的溫度和質(zhì)量變化進(jìn)行檢測，所得結(jié)果如圖7所示，圖7為本實施例使用裝置1和光熱轉(zhuǎn)化裝置進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗時水的質(zhì)量和溫度變化圖；根據(jù)圖7可以看出，將光熱轉(zhuǎn)化裝置中的無塵紙去除后(即裝置1)，光熱轉(zhuǎn)化性能大大下降，水的質(zhì)量變化甚至低于單獨(dú)對水進(jìn)行光照的實驗組，說明光熱轉(zhuǎn)化裝置中的無塵紙起到重要作用，能夠?qū)⑺丛床粩嗟妮斔偷脚c碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的接觸面，從而提高光熱轉(zhuǎn)化效率。

試驗3：對nes進(jìn)行循環(huán)測試，所得結(jié)果如圖8所示，根據(jù)圖8可以看出，nes裝置循環(huán)14次后光熱轉(zhuǎn)化性能幾乎不變，說明本發(fā)明的裝置具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和重復(fù)使用性；

對光熱轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行計算，計算公式如式1所示：

ηep＝(mflu×hlv)/qs式1；

式1中：ηep是光熱轉(zhuǎn)化效率；

mflu是水的質(zhì)量減小速率，g/cm²·s；(mflu＝m水/(s×t)，其中，m水為水的質(zhì)量變化(單位為g)，可以從圖8中直接得出，s為碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜面積(單位為cm²)，t為時間(單位為s))；

hlv是液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水的相變值，j/g；

qs是光照強(qiáng)度，w/m²。

根據(jù)式1可以計算得出，nes在循環(huán)過程中的光熱轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到85％左右。

試驗4：使用nes裝置對普通水和海水進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗，所得結(jié)果如圖9所示，圖9中最小值(普通水)為1.298g，最大值(普通水)為1.518g，平均值(普通水)為1.424g；根據(jù)圖9可以看出，本發(fā)明提供的nes裝置對海水也有很好的光熱轉(zhuǎn)化性能，可以應(yīng)用于海水淡化。

實施例3

按照實施例1的方法制備7組碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜，其中混合纖維素濾膜的面積為10cm²，分別控制膨脹炭黑質(zhì)量為3mg、10mg、15mg、20mg、25mg、30mg和40mg；

將7組碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜按照實施例2的方法組裝成光熱轉(zhuǎn)化裝置，并使用普通的混合纖維素薄膜按照相同的方法組裝成光熱轉(zhuǎn)化裝置，按照實施例2試驗1的方法進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗，對水的質(zhì)量變化進(jìn)行檢測，所得結(jié)果如圖10所示；根據(jù)圖10可以看出，含有膨脹炭黑的實驗組水的質(zhì)量變化明顯大于不含膨脹炭黑的試驗組，且含有15mg膨脹炭黑的nes的質(zhì)量變化最大。

實施例4

將實施例1中聚乙烯亞胺的用量由0.525g調(diào)整為0.6g，其他制備條件同實施例1，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。

將所得碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜組裝成光熱轉(zhuǎn)化裝置，按照實施例2的試驗1、試驗2、試驗3、試驗4的方法進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化性能測試，所得結(jié)果和實施例2相似。

實施例5

將實施例1中的聚乙烯亞胺替換為聚乙烯胺，其他制備條件同實施例1，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。

將所得碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜組裝成光熱轉(zhuǎn)化裝置，按照實施例2的試驗1、試驗2、試驗3、試驗4的方法進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化性能測試，所得結(jié)果和實施例2相似。

實施例6

將實施例1中的聚乙烯亞胺替換為聚丙酰胺，其他制備條件同實施例1，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。

將所得碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜組裝成光熱轉(zhuǎn)化裝置，按照實施例2的試驗1、試驗2、試驗3、試驗4的方法進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化性能測試，所得結(jié)果和實施例2相似。

實施例7

將實施例1中的聚乙烯亞胺替換為聚丙酰胺，其他制備條件同實施例1，得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。

將所得碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜組裝成光熱轉(zhuǎn)化裝置，按照實施例2的試驗1、試驗2、試驗3、試驗4的方法進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化性能測試，所得結(jié)果和實施例2相似。

實施例8

將超聲分散時間調(diào)整為2h，其他制備條件同實施例3，制備7組碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜(混合纖維素濾膜的面積為10cm²，分別控制膨脹炭黑質(zhì)量為3mg、10mg、15mg、20mg、25mg、30mg和40mg)，按照實施例3的方法進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化試驗，所得結(jié)果和實施例3相似。

由以上實施例可以看出，本發(fā)明提供的碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜機(jī)械穩(wěn)定性好，可重復(fù)使用，具有高效的光熱轉(zhuǎn)化性能；且使用碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜制備的光熱轉(zhuǎn)化裝置在1kw/m²的光照條件下，光熱轉(zhuǎn)化效率能夠達(dá)到85％，且14次重復(fù)試驗后仍能保持穩(wěn)定的光熱性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

由以上實施例可知，本發(fā)明以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。