光热转换元件及聚多巴胺的应用制造技术

本发明专利技术提供一种光热转换元件，包括聚多巴胺，所述聚多巴胺将太阳光转换为热能。本发明专利技术还提供一种聚多巴胺的应用，所述聚多巴胺用于光热转换元件，将太阳光转换为热能。该光热转换元件可以广泛应用于太阳能开发利用领域，如海水淡化装置、溶液提纯装置、污水处理装置、热水器、干燥器、太阳灶、加热炉、光热发电装置或光响应形状记忆装置。

Photothermal conversion devices and applications of dopamine

The present invention provides a photothermal conversion element comprising a group of dopamine, which converts sunlight into heat energy. The invention also provides an application of the dopamine, which is used in a photothermal conversion element, converts sunlight into heat energy. The photothermal conversion element can be widely applied in the field of development and utilization of solar energy, such as desalination device, solution purification equipment, sewage treatment equipment, water heaters, dryers, solar stove, heating furnace, thermal power generation device or light response of shape memory device.

【技术实现步骤摘要】
光热转换元件及聚多巴胺的应用
本专利技术涉及光转换领域，尤其涉及一种光热转换元件，以及聚多巴胺的应用。
技术介绍
能源短缺是人类长期面临的一大难题，也是制约我国经济发展的一个重要因素。开发新能源尤其是开发清洁能源是当今时代的重要主题。太阳能作为一种清洁能源，具有以下特点：1)太阳能是人类可开发，可利用的最丰富的能源，取之不尽，用之不竭；2)太阳光普照地球各地，可就地开发和利用，无运输问题；3)太阳能作为一种清洁能源，开发和利用时都不会污染环境和影响生态。对太阳能的利用主要有光热转换，光化学转换和光电转换等。光热转换(即将太阳能转化为热能)是直接利用太阳能的一个捷径，目前已有太阳能光热转换的应用，包括热水器、净水器、干燥器、太阳灶、高温炉和光热发电等。光热转换应用的主要障碍是缺乏有效的直接对太阳光进行光热转换的材料。已报导的具有光热转换效应的材料有碳纳米管、石墨烯、四氧化三铁、金纳米颗粒等，都在目前的研究及今后的实际应用中存在很多的局限性，如制备困难、成本高，具有一定生物毒性等问题。并且部分材料对太阳光的吸收程度低或热转化能力低。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种新型光热转换元件，以及聚多巴胺的应用。一种光热转换元件，包括聚多巴胺，所述聚多巴胺将太阳光转换为热能。一种聚多巴胺的应用，所述聚多巴胺用于光热转换元件，将太阳光转换为热能。一种聚多巴胺的应用，所述聚多巴胺作为光热转换元件，应用于海水淡化装置、溶液提纯装置、污水处理装置、热水器、干燥器、太阳灶、加热炉、光热发电装置或光响应形状记忆装置。一种太阳能水处理器，包括所述的光热转换元件。一种太阳能热水器，包括所述光热转换元件。一种太阳能干燥器，包括所述光热转换元件。一种太阳灶，包括所述光热转换元件。一种加热炉，包括所述光热转换元件。一种光热发电装置，包括所述光热转换元件。一种海水淡化装置，包括所述光热转换元件。一种溶液提纯装置，包括所述光热转换元件。一种污水处理装置，包括所述光热转换元件。一种光响应形状记忆装置，包括所述光热转换元件。相较于现有技术，本专利技术提供的光热转换元件，以及聚多巴胺的应用使用聚多巴胺材料作为光热转换材料，能够将可见光及太阳光高效转换为热能，具有优异的光热转换性能，并且原料成本较低，制备简单，且聚多巴胺的生物相容性好，毒性低，在水处理过程中没有二次污染，在太阳能开发利用领域具有较好的应用前景，例如可以广泛的应用于热水器、净水器、干燥器、太阳灶、加热炉、光热发电、海水淡化、溶液提纯、污水处理及光响应形状记忆装置等方面。附图说明图1为本专利技术实施例太阳能水处理器的结构示意图；图2为本专利技术实施例太阳能热水器的结构示意图；图3为本专利技术实施例太阳能干燥器的结构示意图；图4为本专利技术实施例太阳灶的结构示意图；图5为本专利技术实施例1的光热转换器件在太阳光照射下的红外热成像照片；图6为本专利技术实施例1的光热转换器件应用于水蒸发的水质量变化图；图7为本专利技术实施例2的光热转换器件在太阳光照射下的红外热成像照片；图8为对比例1的光热转换器件在太阳光照射下的红外热成像照片；图9为对比例2的光热转换器件在太阳光照射下的红外热成像照片；图10为对比例3的光热转换器件在太阳光照射下的红外热成像照片；图11为对比例4的光热转换器件在太阳光照射下的红外热成像照片；图12为对比例5的光热转换器件在红外线照射下的红外热成像照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术的光热转换元件以及聚多巴胺的应用进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种光热转换元件，包括聚多巴胺(polydopamine,PDA)，所述聚多巴胺将太阳光转换为热能。该聚多巴胺为一种光热转换材料，可以将光照转换为热能，尤其是将可见光转换为热能，也就是说，该光照至少包括可见光照射，还可以包括紫外光照射和红外光照射。优选的，该光照为太阳光照射。所述聚多巴胺的形状不限，例如可以为颗粒、块体、层状结构或多孔状结构。纯聚多巴胺可以直接作为光热转换元件使用，或者可以将聚多巴胺与其他材料复合或层叠设置，形成光热转换元件。在该光热转换元件中，该聚多巴胺的含量可以为1％～100％。所述其他材料可以是有机材料或无机材料，例如聚合物层、聚合物基体、聚合物纤维、金属颗粒或无机非金属颗粒。在一实施例中，该光热转换元件还包括基底，聚多巴胺设置在所述基底的表面形成层叠结构，或设置在所述基底的内部形成复合结构。该基底优选为多孔基底，该聚多巴胺可以与该多孔基底复合，从而使该聚多巴胺-多孔基底复合材料具有较大的比表面积，能够更为高效的进行光热转换。该多孔基底可以选自但不限于多孔纤维、海绵体、织物及无纺布中的至少一种。另外，该多孔基底还可以形成水蒸气的流通通道，使水蒸气能够从该光热转换元件的微孔中蒸发。该光热转换材料附着于该多孔基底表面及微孔中。优选的，该光热转换材料单独的包覆在该多孔基底中的每根纤维或颗粒表面。该聚多巴胺为现有材料，可通过购买获得或采用现有的制备方法进行制备，例如是将盐酸多巴胺与三羟甲基氨基甲烷在水中混合，常温搅拌聚合得到。该聚多巴胺具有较好的粘附性，能够与该多孔基底结合形成复合材料，且遇水不易脱落。可以理解，聚多巴胺并不限于通过上述方法制备，可以采用其他现有的方法进行聚多巴胺的合成制备。经过实验发现，当每平方米光热转换元件中聚多巴胺的质量百分含量为1％至3％时即可取得较好的光热转换效果。所述聚多巴胺对波长为380nm至780nm的可见光的光热转换效率为65％至72％(使用一个太阳光照射测定，光强约100mW/cm2)。在优选的实施例中，在该光热转换元件中，该光热转换材料通过原位聚合方式在该多孔基底表面由多巴胺单体聚合形成。该原位聚合方法简单，只需将盐酸多巴胺与三羟甲基氨基甲烷在水中混合，在常温搅拌，并将该多孔基底在该混合液中浸泡后取出后干燥即可。本专利技术实施例还提供一种聚多巴胺的应用，所述聚多巴胺用于光热转换元件，将太阳光转换为热能。所述聚多巴胺作为光热转换元件，可以应用于任何需要将太阳光转换为热能的领域或装置，例如应用于海水淡化装置、溶液提纯装置、污水处理装置、热水器、干燥器、太阳灶、加热炉、光热发电装置或光响应形状记忆装置。本专利技术实施例还提供一种太阳能水处理器，包括上述光热转换元件，用于将太阳光转换为热能，使水加热蒸发。请参阅图1，在一实施例中，该太阳能水处理器10包括上述光热转换元件14及待处理水容器12，水蒸气收集装置16及淡水容器18。该待处理水容器12用于容纳待处理水20及该光热转换元件14。该水蒸气收集装置16用于收集从该待处理水容器12中蒸发的水蒸气，并将该水蒸气形成的液态水汇聚至该淡水容器18。该淡水容器18用于容纳从该水蒸气收集装置16收集的淡水22。该待处理水容器12上方具有开口，该水蒸气收集装置16设置在该待处理水容器12的上方，并且该水蒸气收集装置16能够使光线透射至该待处理水容器12中的光热转换元件14。该光热转换元件14能够漂浮于该待处理水20表面，用于将光能转换为热能，加热该待处理水20，使该待处理水20蒸发。在一实施例中，该水蒸气收集装置16为一倾斜设置的透光板或透光膜，如玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光热转换元件，其特征在于，包括聚多巴胺，所述聚多巴胺用于将太阳光转换为热能。

【技术特征摘要】
1.一种光热转换元件，其特征在于，包括聚多巴胺，所述聚多巴胺用于将太阳光转换为热能。2.如权利要求1所述的光热转换元件，其特征在于，所述聚多巴胺为颗粒、块体、层状结构或多孔状结构。3.如权利要求1所述的光热转换元件，其特征在于，进一步包括基底，所述聚多巴胺设置在所述基底的表面或内部。4.如权利要求1所述的光热转换元件，其特征在于，所述基底为多孔基底，所述聚多巴胺与所述多孔基底复合。5.如权利要求4所述的光热转换元件，其特征在于，所述多孔基底为多孔纤维、海绵体、织物及无纺布中的至少一种。6.如权利要求1所述的光热转换元件，其特征在于，所述聚多巴胺对波长为380nm至780nm的可见光的光热转换效率为65％至72％。7.一种聚多巴胺的应用，其特征在于，所述聚多巴胺用于光热转换元件，将太阳光转换为热能。8.一种聚多巴胺的应用，其特征在于，所述聚多巴胺作为光热转换元件，应用于海水淡化装置、溶液提纯装置、污水处理装置、热水器、干燥器、太阳灶、加热炉、光热发电装置或光响...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉岩，危岩，李振，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11