一种农业用超疏水光热薄膜及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种农业用超疏水光热薄膜及制备方法和应用。所述农业用超疏水光热薄膜依次包括绝热层

【技术实现步骤摘要】
一种农业用超疏水光热薄膜及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子复合材料
，具体地说是一种农业用超疏水光热薄膜及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于全球气候变暖，寒潮天气现象频发，对于现带化农业种植来说，则需要各种加热供暖方式(如热风、热水采暖)来维持温室中农作物的生长需求，极度依赖低成本的化石能源，这不仅增加了农产品的生产成本，还进一步加剧了气候变暖。因此，开发一种环保、低成本、高效的农业供暖技术意义重大。
[0003]太阳能作为一种清洁环保、可再生的能源，能够有效地利用太阳能，现有技术开发一系列提高太阳能的利用效率的光热膜及相关器件。例如，CN114045705A公开了一种无氟超疏水光热薄膜及其制备方法，主要包括将光热材料氮化钛纳米颗粒加入到有机溶剂、加入硅烷偶联剂进行反应，通过硅烷偶联剂降低涂层的表面能，提高疏水性能，增加光热纳米材料与基底之间的粘附力；反应得到的分散液涂覆在柔性基底上，形成层级纳米结构，固化处理后得到微纳米多孔结构，从而实现超疏水性。该方法操作复杂、光热原料价格高；该光热薄膜需要基底支撑、均匀性差、热管理能力弱。中国专利技术专利CN 112961388 A公开了一种聚乳酸基的光热薄膜，利用静电纺丝及喷涂技术制备的聚乳酸基的光热薄膜，用于太阳能界面蒸发及热电转换。该薄膜虽具有热稳定性及优异的光热转换能力，但该光热薄膜存在设备昂贵、制程繁琐、能耗高且生产过程中可能会产生水体污染等间题。中国专利技术专利CN 113603913A公开了一种光热膜及其制备方法和应用，该专利采用甲壳素包裹的碳纳米管光热膜的制备方法，并进一步将光热膜置于隔热层上得到光热膜/隔热层组合件。该光热膜利用甲壳素包裹碳纳米管以保证碳纳米管的稳定性，其光热性能会有所降低，在一定程度上削弱了热量管理的效率。中国专利技术专利中国专利CN211424721U公开了一种高效光热温室技术，通过将太阳能光热温室技术与农业大棚相结合，已解决太阳能光热温室技术的占地面积大和北方冬季低温环境下农业大棚的防冻问题。该系统存在组件复杂、材料设备庞大昂贵且使用不便捷的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种农业用超疏水光热薄膜及制备方法和应用，具有超疏水结构和高效光热转换效应的蜡烛烟灰层
‑
传热复合层
‑
绝热疏水高分子聚合物层组成的农业用超疏水光热薄膜，具有通过传热复合层的互锁结构将蜡烛烟灰与疏水性聚合物紧密稳定的连接，操作简单，结构稳定。
[0005]为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。
[0006]一种农业用超疏水光热薄膜，依次包括绝热聚合物层
‑
传热复合层
‑
蜡烛烟灰层；所述绝热层，由疏水性聚合物构成；所述蜡烛烟灰层，由蜡烛烟灰构成；所述传热复合层，由所述绝热层与所述蜡烛烟灰层彼此之间镶嵌复合构成，具有多级超疏水结构和高效光热转
换效应。
[0007]进一步地，所述传热复合层的镶嵌复合包括由所述绝热聚合物层与所述蜡烛烟灰层形成类齿
‑
龈互锁结构。
[0008]进一步地，所述绝热层由疏水性聚合物层由疏水性聚合物溶解至有机溶剂中喷涂至水/空气界面上固化所获得；所述疏有机溶剂包括正己烷、正庚烷中的一种。
[0009]进一步地，所述疏水性聚合物包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶(Ecoflex)中的至少任意一种。基于聚二甲基硅氧烷良好的绝热性能、粘度高，聚合程度可控，且易于蜡烛烟灰复合，热量存储能力强，因此，优选聚二甲基硅氧烷作为疏水性聚合物。
[0010]其中，聚二甲基硅氧烷(PDMS)由聚合单体二甲基硅氧烷与交联剂按照重量比例10：1混合、在45
‑
95
°
温度下固化后得到；所述交联剂为硅烷交联剂。
[0011]进一步地，所述蜡烛烟灰层的厚度为1
‑
15μm；所述绝热层的厚度为24
‑
68μm。
[0012]进一步地，所述超疏水光热薄膜的水接触角为155
°
～160.5
°
。
[0013]进一步地，所述超疏水光热薄膜对太阳光的吸收率不低于90％，热发射率达87％，在一个太阳强度下温度最高达～73℃。
[0014]为实现另一个目的，本专利技术还提供了上述超疏水光热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1.将载玻片放置在蜡烛火焰上方进行灼烧，蜡烛烟灰沉积到玻璃基底上形成蜡烛烟灰层；蜡烛烟灰层作为基底层；
[0016]S2.将疏水性聚合物与固化剂溶解至有机溶剂制备得到疏水性聚合物溶液，再将所述疏水性聚合物溶液均匀的喷涂在水/空气界面上，固化处理得到绝热层；
[0017]其中，固化剂优选为硅烷交联剂。
[0018]S3.将沉积了蜡烛烟灰的所述基底层从空气侧转移水面上的所述绝热聚合物层，随后进行烘干、固化，得到具有绝热层
‑
传热复合层
‑
蜡烛烟灰层的所述超疏水光热薄膜。
[0019]其中，S1中，灼烧产生蜡烛烟灰的时间为30
‑
300s；S2中，所述疏水性聚合物溶液的浓度为11
‑
20wt％；有机溶剂包括正己烷、正庚烷中的一种；所述水/空气界面中水温为45
‑
95℃；所述固化处理的时间为10
‑
80min；S3中，烘干的条件为温度50
‑
100℃条件下烘干1
‑
5h。疏水性聚合物溶液浓度影响到绝热层厚度，当浓度低时，制备的绝热层厚度薄，保温效果差；反之，浓度高保温效果好，但对蜡烛烟灰层的光热能力有所影响。选用透光效果好且有一定厚度的疏水性聚合物可以同时实现高的光热及好的保温效果。选用本专利技术的浓度范围既能够兼顾绝热层的厚度且保持薄膜的光热效果。
[0020]采用上述技术方案制备的超疏水光热薄膜，蜡烛烟灰的多级超疏水结构，使其具有优异的超疏水性能，其水接触角不低于155
°
，最高可达160.5
°
，且超疏水可以有效避免水滴的凝结导致光热效率降低，在10天的户外光照过程中温度维持稳定，不受水滴凝结以及湿度的影响，可实现长时间且稳定的户外热量管理。
[0021]蜡烛烟灰具有高的光热转换效率，使得超疏水光热薄膜可以将光能转换成热能。该超疏水光热薄膜对太阳光的吸收率不低于90％，热发射率达87％，在一个太阳强度下温度最高达73℃，与聚氯乙烯农用薄膜和聚二甲基硅氧烷薄膜相比，具有更优异的光热转换能力。
[0022]所述超疏水光热薄膜在寒冷天气可以促进豆芽种子的发芽，并维持室内温度恒
定。与农用聚氯乙烯薄膜和聚二甲基硅氧烷薄膜相比，最快完成所有种子的发芽。整个过程对阳光利用率高，无额外能量输入，对于农业供暖具有重要意义。因此，采用本专利技术的技术方案制备得到的超疏水光热薄膜在农业供暖和农业种植上的应用具有重要意义。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农业用超疏水光热薄膜，其特征在于：依次包括绝热层
‑
传热复合层
‑
蜡烛烟灰层；所述绝热层，由疏水性聚合物构成；所述蜡烛烟灰层，由蜡烛烟灰构成；所述传热复合层，由所述绝热层与所述蜡烛烟灰层的两层之间通过镶嵌复合结构构成，具有多级超疏水结构和高效光热转换效应。2.根据权利要求1所述的农业用超疏水光热薄膜，其特征在于：所述传热复合层的镶嵌复合结构包括由所述绝热层与所述蜡烛烟灰层形成类齿
‑
龈互锁结构。3.根据权利要求1所述的农业用超疏水光热薄膜，其特征在于：所述绝热层由疏水性聚合物溶解至有机溶剂中喷涂至水/空气界面上固化得到；所述有机溶剂包括正己烷、正庚烷中的一种。4.根据权利要求3所述的农业用超疏水光热薄膜，其特征在于：所述疏水性聚合物包括聚二甲基硅氧烷或硅胶。5.根据权利要求1所述的农业用超疏水光热薄膜，其特征在于：所述蜡烛烟灰层的厚度为1
‑
15μm；所述绝热层的厚度为24
‑
68μm。6.根据权利要求1
‑
4任一项所述的农业用超疏水光热薄膜，其特征在于：所述超疏水光热薄膜的水接触角为155
°
～160.5
°
。7.根据权利要求1
‑
4任一项所述的农业用超疏水光热薄膜，其特征在于：所述超疏水光热薄膜对太...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，肖鹏，谷金翠，黎姗，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：