一种吸光发热复合面料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种吸光发热复合面料及其制备方法与应用。本发明专利技术将将棉质布料浸泡在氯金酸溶液中，充分吸附氯金酸，然后将氯金酸还原生成金纳米团簇，再浸泡在含镍镀液中原位生长镍纳米颗粒，得到镍纳米颗粒‑棉质纤维复合面料。本发明专利技术通过将棉质纤维织物浸泡在氯金酸溶液中，在纤维内部均匀生长金纳米团簇，促进镍纳米颗粒的均匀附着，使得制备出的面料有更高的吸光率，提高其光热转换性能。

A light absorbing and heating composite fabric and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种吸光发热复合面料及其制备方法与应用
本专利技术涉及复合面料
，具体涉及一种吸光发热复合面料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着社会经济的发展，人们对于服饰的功能性要求越来越多样化，不再仅仅满足于御寒保暖的基本需求，还需要能够自发热主动生温，从而能够在寒冷的冬天既能够保证暖和又能够体现美观。吸光发热面料是通过面料的纤维吸收光能(主要为太阳光)并转换为热能，从而实现主动为人体供暖的目的。这种面料首先要有很强的吸光能力，这需要对面料的材质和微观结构进行调控，使其全光谱吸收太阳光以及高效地进转化为热能，再通过辐射和传导的方式向人体供暖。本专利技术的专利技术人在前期的研究中制备了棉质面料-金属纳米颗粒吸光发热复合面料，但是吸光效率比较低，在85％左右，尤其对太阳光谱中的近红外波段吸收率较低。这是因为棉质纤维内部的孔隙不够多，吸收光能的金属纳米颗粒不能充分地填充到面料内部。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术实施例提供一种吸光发热复合面料，其结构稳定，洗涤后不影响吸光性能和光热转化性能。一种吸光发热复合面料，其包括棉质纤维基底、金纳米团簇和镍纳米颗粒；其中，所述金纳米团簇附着在所述棉质纤维上及所述纤维内部孔隙中；所述镍纳米颗粒附着在所述棉质纤维上及所述纤维内部孔隙中。在本专利技术中，所述金纳米团簇也可以称为金纳米颗粒或金纳米种子，其可以通过本领域常规方法制得。研究发现，通过附着镍纳米颗粒，使得所述复合面料具有高效的和全光谱的光吸收性质和高效的光热转换性能。进一步地，所述棉质纤维基底的材料可为人造棉或全棉。其中，所述人造棉的原料可选自棉短绒、木浆、甘蔗渣等。进一步地，所述金纳米团簇的粒径为0.5-3nm。在本专利技术一些实施例中，所述金纳米团簇的粒径为2nm。研究发现，所述金纳米团簇在上述粒径范围内有利于作为后续镍纳米颗粒生长的形核位点和催化剂，同时能够保持复合面料的结构稳定，不易被洗涤掉。进一步地，所述金纳米团簇在所述复合面料中的重量百分含量为0.1％-0.5％。在本专利技术一些实施例中，所述金纳米团簇在所述复合面料中的重量百分含量为0.17％。所述金纳米团簇在上述含量范围内易于后续镍纳米颗粒的形核，若金纳米团簇的质量分数太低则形核位点不够，太高则成本过高且后续镍纳米颗粒生长过程中易发生团聚。进一步地，所述镍纳米颗粒在所述复合面料中的重量百分含量为5％-20％。在本专利技术一些实施例中，所述镍纳米颗粒在所述复合面料中的重量百分含量为15％。所述镍纳米颗粒在上述含量范围内有利于达到较高的吸光率，若镍纳米颗粒的质量分数太低则吸光率较低，太高则会引起镍纳米颗粒团聚导致较高的金属反射。本专利技术还提供一种吸光发热复合面料的制备方法，包括：提供附着金纳米团簇的棉质纤维基底；使所述附着金纳米团簇的棉质纤维基底于含镍镀液中原位生长镍纳米颗粒。在一些实施例中，所述棉质纤维基底与上文相同。在一些实施例中，所述金纳米团簇的粒径为0.5-3nm，例如2nm。在一些实施例中，所述镍纳米颗粒在所述复合面料中的重量百分含量为0.1％-0.5％，例如0.17％。本专利技术提供的棉质纤维基底上吸附金纳米团簇，可作为后续生长镍纳米颗粒的形核位点和催化剂。在一些实施例中，所述附着金纳米团簇的棉质纤维基底的制备方法包括：先将棉质纤维基底浸泡于氯金酸溶液中，然后将吸附在所述棉质纤维基底上的氯金酸用NaBH4还原。具体方法包括：将棉质纤维基底浸泡于氯金酸溶液中，使所述棉质纤维基底充分吸附氯金酸；然后将所述棉质纤维基底清洗以去除未被吸附的氯金酸；再将所述棉质纤维基底浸泡于NaBH4溶液中，使氯金酸还原生成金纳米团簇。在一些实施例中，所述氯金酸溶液的浓度(质量分数)为0.1％–2％。在一些实施例中，所述氯金酸溶液的浓度(质量分数)为0.1％–0.4％。在一些实施例中，将棉质纤维基底浸泡于氯金酸溶液中的时间为2-10小时。在一些实施例中，将棉质纤维基底浸泡于氯金酸溶液中的时间为4小时。在一些实施例中，所述NaBH4溶液的浓度为0.05-0.5mol/L。在一些实施例中，所述NaBH4溶液的浓度为0.1mol/L。在一些实施例中，将棉质纤维基底在NaBH4溶液中还原5-10分钟。在一些实施例中，所述含镍镀液中含有镍盐、柠檬酸钠、乳酸、氨水和二甲氨基硼烷。其中，二甲氨基硼烷主要用作还原剂。进一步地，所述镍盐可选自六水合硫酸镍、四水合乙酸镍中的一种或几种。在一些实施例中，所述含镍镀液中镍离子的浓度为0.78-1.01g/100mL。在一些实施例中，所述含镍镀液中，六水合硫酸镍、柠檬酸钠、乳酸、氨水和二甲氨基硼烷的浓度分别为3.5-4.5g/100mL、1.5-2.5g/100mL、0.8-1.2g/100mL、2.5-3.5g/100mL、0.18-0.22g/100mL。在一些实施例中，所述含镍镀液中，六水合硫酸镍、柠檬酸钠、乳酸、氨水和二甲氨基硼烷的浓度分别为4g/100mL、2g/100mL、1g/100mL、3g/100mL、0.2g/100mL。本专利技术人研究发现，采用上述含镍镀液有利于镍纳米颗粒在金纳米团簇上的附着，柠檬酸钠和二甲氨基硼烷共同作为还原剂，可提高镍离子的反应速率。在一些实施例中，所述附着金纳米团簇的棉质纤维基底于含镍镀液中的浸泡时间为5-60分钟，例如5分钟、10分钟、15分钟、16分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟或60分钟。研究发现，该浸泡时间与所制得的吸光发热复合面料的光热转换效率有关。通常情况下，随着浸泡时间的延长，所制得的复合面料对近红外区的吸光率也提高，能够吸收更多的光能，从而提高光热转换效率。本专利技术人意外地发现，先将棉质纤维基底用碱进行预处理，然后再将金纳米团簇附着在棉质纤维基底上，可以显著地提高按上述吸光发热复合面料的吸光率。其可能的原因是，通过碱液浸泡使棉质纤维内部的孔隙增多，有利于金纳米团簇充分、均匀地生长，进而有利于镍纳米颗粒充分、均匀地生长并附着于棉质纤维基底上。在一些实施例中，所制得的吸光发热复合面料的吸光率可达95％。在一些实施例中，具体预处理方法为，将棉质纤维基底置于碱液中浸泡处理。在一些实施例中，所述碱液为氢氧化钠溶液，其浓度为1-5mol/L，例如2mol/L。预处理时间可为1-10小时。例如3-6小时。加热或煮沸可以加快预处理进程。在一些实施例中，吸光发热复合面料的制备方法，包括：1)将棉质纤维基底浸泡在1-5mol/L的氢氧化钠溶液中，煮沸3-6小时；2)将步骤1)碱液预处理的棉质纤维基底浸泡在浓度0.1％–0.4％氯金酸溶液中2-6小时，取出后将所述棉质纤维基底清洗以去除未被吸附的氯金酸；再将所述棉质纤维基底浸泡于0.05-0.5mol/L的NaBH4溶液中，使氯金酸还原生成金纳米团簇，制得附着金纳米团簇的棉质纤维基底；3)将步骤1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸光发热复合面料，其包括棉质纤维基底、金纳米团簇和镍纳米颗粒；其中，所述金纳米团簇附着在所述棉质纤维上及所述纤维内部孔隙中；所述镍纳米颗粒附着在所述棉质纤维上及所述纤维内部孔隙中。/n

【技术特征摘要】
1.一种吸光发热复合面料，其包括棉质纤维基底、金纳米团簇和镍纳米颗粒；其中，所述金纳米团簇附着在所述棉质纤维上及所述纤维内部孔隙中；所述镍纳米颗粒附着在所述棉质纤维上及所述纤维内部孔隙中。


2.根据权利要求1所述的吸光发热复合面料，其特征在于，所述棉质纤维基底的材料为人造棉或全棉；优选地，所述人造棉选自棉短绒、木浆、甘蔗渣。


3.根据权利要求1或2所述的吸光发热复合面料，其特征在于，所述金纳米团簇的粒径为0.5-3nm，优选为2nm；和/或，
所述金纳米团簇在所述复合面料中的重量百分含量为0.1％-0.5％，优选为0.17％；和/或，
所述镍纳米颗粒在所述复合面料中的重量百分含量为5％-20％，优选为15％。


4.一种吸光发热复合面料的制备方法，其特征在于，包括：
提供附着金纳米团簇的棉质纤维基底；
使所述附着金纳米团簇的棉质纤维基底于含镍镀液中原位生长镍纳米颗粒。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括先将所述棉质纤维基底用碱进行预处理，然后再将金纳米团簇附着在棉质纤维基底上；
优选地，所述预处理是将所述棉质纤维基底置于碱液中浸泡处理；其中，所述碱液优选为氢氧化钠溶液，其浓度优选为1-5mol/L；优选预处理时间可为1-10小时。


6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述附着金纳米团簇的棉质纤维基底的制备方法包括：先将棉质纤维基底浸泡于氯金酸溶液中，然后将吸附在所述棉质纤维基底上的氯金酸用NaBH4还原；
优选地，所述制备方法包括：
将棉质纤维基底浸泡于氯金酸溶液中，使所述棉质纤维基底充分吸附氯金酸；然后将所述棉...

【专利技术属性】
技术研发人员：章潇慧，顾佳俊，李要君，叶诗雨，袁洋，李镕臣，刘庆雷，张旺，张荻，龚明，
申请(专利权)人：中车工业研究院有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11