一种可实现光热调配的复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种可实现光热调配的复合材料及其制备方法与应用，其制备方法包括方法(1)或方法(2)：方法(1)是将第一碳质材料和第一非碳质材料加至水中，直接混合或加入氧化剂混合，混合后超声、离心、洗涤，取出沉淀物，干燥后得到复合材料；方法(2)是将第二碳质材料和第二非碳质材料研磨后得到一种光热复合材料。上述制备方法简单，反应物种类多，相对成本低且制备得到的复合材料在激光的照射下可实现瞬间定点发光、发热，可通过调控材料的种类、含量以及激光强度调节发光的强度、时间以及产生的温度。此外，其中碳质材料

【技术实现步骤摘要】
一种可实现光热调配的复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及发光材料及光热材料领域，具体涉及一种可实现光热调配的复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]发光材料是指能以某种方式吸收能力，将其转化为光辐射的材料。当材料收到外接作用力(射线、电子束、电场等)激发后，材料处于激发态，激发态的能量通过光、热的形式释放出来。近年来研发出各种压电发光、光致发光材料，其中通过激光激发而产生光热的材料，可远距离调控材料发光发热，但为提升材料的发光亮度，通常会在材料中添加放射性材料，例如钴、镭、氚等，这类物质若得不到妥善处理会严重影响生物的健康以及污染环境。
[0003]此外，目前大量的发光材料需经过烧结再破碎的过程，烧结需在氮气和氢气混合气体中进行，设备复杂且操作难度高，由于在氢气下高温烧结，反应过程存在安全隐患，烧结后再破碎成粉体，由于高温烧结得到的块体硬度高，难以破碎，需使用相关设备加以辅助得到均匀的粉体，制备过程复杂且对设备、反应条件要求较高，因此生产成本相对较高。
[0004]如何通过安全、普遍的材料以及简单的制备方法制备发光、光热材料，并且可以通过参数控制来调节光热材料的发光以及发热性能，以满足不同应用的特殊需求，是急需解决且具有实用价值的研究课题。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的缺点和不足，本专利技术提供了一种可实现光热调配的复合材料，制备方法简单，且该复合材料在激光的照射下可实现瞬间定点发光、发热，并可通过调控材料的种类、含量以及激光的强度进行光热调配，在发光发热材料领域具有很好的应用前景。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下所述的技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种光热复合材料的制备方法，包括方法(1)或方法(2):
[0008](1)将第一碳质材料和第一非碳质材料加至水中，直接混合或加入氧化剂混合，混合后超声、离心、洗涤，取出沉淀物，干燥后得到一种光热复合材料；所述第一碳质材料与第一非碳质材料至少有一种为液体或固体分散液；
[0009](2)将第二碳质材料和第二非碳质材料置于容器中，研磨后得到一种光热复合材料；所述第二碳质材料和第二非碳质材料均为固体；
[0010]所述碳质材料为碳单质和/或含碳高分子材料；所述非碳质材料为稀土金属的单质及其化合物和/或过渡金属的单质及其化合物。
[0011]碳质材料在激光激发作用下可以发光发热，但碳质材料热稳定性差，加入非碳质材料可以增强碳质材料的热稳定性(例如碳点
‑
二氧化钛的复合材料，碳在激光作用下会嵌入二氧化钛晶格内部，晶格作为框架可以稳固碳的结构)。
[0012]进一步地，所述碳单质为碳点、碳纳米管、石墨、金刚石、足球烯中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述含碳高分子材料包括含碳高分子单体和含碳高分子聚合物；所述
含碳高分子单体为吡咯、葡萄糖、多巴胺、苯胺中的一种多种；所述含碳高分子聚合物为聚吡咯、葡聚糖、聚多巴胺、聚苯胺中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述稀土金属的化合物为含稀土金属原子的盐、合金、络合物、氧化物或氢氧化物。
[0015]进一步地，所述过渡金属的化合物为含过渡金属的盐、合金、络合物、氧化物或氢氧化物。
[0016]进一步地，非碳质材料优选Fe2O3、Co(OH)2、H3PO4·
12MoO3、硫酸铈、TiO2、氢氧化锶、碳酸锰、乙酸铜或铁粉中的一种或多种。
[0017]进一步地，方法(1)所述氧化剂为铁盐、铜盐、氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐、高锰酸盐、浓硫酸、二氧化锰中的一种，例如六水合氯化铁；氧化剂的加入促使含碳高分子单体发生聚合反应。
[0018]本专利技术第二方面提供了第一方面所述的一种光热复合材料在目标照明及局部加热方面的应用。
[0019]进一步地，所述光热复合材料在激光作用下产生光和热。
[0020]本专利技术第三方面提供了第一、二方面所述的一种光热复合材料在定向发光方面的应用。
[0021]进一步地，所述光热复合材料中的非碳质材料为二氧化钛。
[0022]进一步地，所述光热复合材料中的碳质材料的质量分数为5wt％
‑
60wt％。
[0023]进一步地，所述碳质材料
‑
二氧化钛的复合材料在激光的作用下产生定向白光。
[0024]碳质材料
‑
二氧化钛复合材料中碳质材料作为发射中心，基于轫致辐射，在激光作用下，封装在二氧化钛内部的碳质材料产生白光并在二氧化钛的微腔内反射，基于这种微腔放大效应，二氧化钛对碳质材料发出的白光进行放大，放大后的光超过一定的阈值后，从二氧化钛微腔中逃逸，由于复合材料的相控阵效应，使逃逸的白光具有方向性。
[0025]进一步地，所述激光的波长为近红外光波段，具体为780nm
‑
2000nm。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027]1.本专利技术通过将碳质材料与非碳质材料通过超声离心或研磨的方法制备得到一种光热复合材料，制备方法简单、条件温和、可用的反应物种类多，适合大批量生产。
[0028]2.本专利技术制备的一种光热复合材料，在激光的激发下可瞬间发光、发热，且发光时间长、发热温度高，可高达上千度，复合物性质稳定不易分解。
[0029]3.本专利技术可通过激光定点照射复合材料以达到目标照明和局部加热的作用，可通过控制复合材料中各材料的种类、含量以及激光的强度进行光热调配，以满足特定发光发热的需求，其中碳质材料
‑
二氧化钛复合材料由激光激发可产生具有特定方向的白光，并非全向发光，可应用于投影设备，因此该类复合材料在发光、光热材料领域具有广泛的应用前景。
附图说明
[0030]图1是Fe2O3‑
聚吡咯光热复合材料被红外激光激发前、后的照片；
[0031]图2是TiO2‑
聚吡咯复合材料分别在脉冲激光照射和连续激光照射下的温度变化，其中图b的两个曲线分别是不同激光强度下的样品温度变化；
[0032]图3是碳点
‑
二氧化钛复合材料的白光发射光谱；
[0033]图4是碳点
‑
二氧化钛复合材料被近红外光激发时的发光集光率；
[0034]图5是碳点
‑
二氧化钛复合材料在目标照明和投影装置中的应用。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0036]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料由碳质材料与非碳质材料组成，其制备方法包括方法(1)或方法(2):(1)将第一碳质材料和第一非碳质材料加至水中，直接混合或加入氧化剂混合，混合后超声、离心、洗涤，取出沉淀物，干燥后得到一种光热复合材料；所述第一碳质材料与第一非碳质材料至少有一种为液体或固体分散液；(2)将第二碳质材料和第二非碳质材料研磨后得到一种光热复合材料；所述第二碳质材料和第二非碳质材料均为固体；所述碳质材料为碳单质和/或含碳高分子材料；所述非碳质材料为稀土金属的单质及其化合物和/或过渡金属的单质及其化合物。2.根据权利要求1所述的一种光热复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳单质为碳点、碳纳米管、石墨、金刚石、足球烯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种光热复合材料的制备方法，其特征在于，所述含碳高分子材料包括含碳高分子单体和含碳高分子聚合物；所述含碳高分子单体为吡咯、葡萄糖、多巴胺、苯胺中的一种或多种；所述含碳高分子聚合物为聚吡咯、葡聚糖、聚多巴胺、聚苯胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种光热复合材料的制备方法，其特征在于，所述稀土金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵芮，康振辉，王大磊，董彬，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：