一种蛋白质基超黑吸光涂层材料及其光热转化应用制造技术

本发明专利技术提供了一种蛋白质基超黑吸光涂层材料及其光热转化应用，其通过蛋白质在成膜剂的作用下发生淀粉样转变来提高光吸收添加剂与基材界面的粘附力，同时由于淀粉样转变后涂层表面会形成丰富且均匀的微纳级孔径，这些陷光结构有助于光在表面的吸收耗散，可有效的提高光热转化效率。相比于传统吸光涂层和光热转化材料，本发明专利技术超黑吸光涂层材料的制备过程方便简单、环保绿色，不涉及任何有机试剂，生物安全性高、耐候性能好，基底材料的选择性广，且该涂层在200～2500nm的光吸收率为97.5％～98.5％，可用于太阳能驱动的污水处理、海水淡化，并且在肿瘤的光热和光动力治疗中也有广泛的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种蛋白质基超黑吸光涂层材料及其光热转化应用


[0001]本专利技术属于超黑材料光热转化
，具体涉及一种兼具紫外可见近红外波段光吸收的超黑吸光涂层材料，以及该超黑吸光涂层材料的应用。

技术介绍

[0002]随着经济的发展和人口的增加，人类对淡水资源的需求不断增加，再加上存在不合理开采和污染等问题，淡水资源短缺已严重制约了某些地区的社会及经济的进一步发展。为解决淡水资源短缺问题，十分有必要开发利用某些不可用水，比如将海水淡化，或将污水变为可饮用水。在这种情况下，太阳能作为一种可再生的清洁能源，由其驱动的水蒸发技术既降低了环境污染的风险，还解决了能量来源的问题，是一种能有效缓解水资源短缺问题的方法。在太阳能驱动的水蒸发技术中，对于高性能光热材料的设计一般要从以下几方面综合考虑：1)材料在太阳光全波段都有良好吸收；2)材料的光热转换效率高；3)材料的导热系数低，以降低能量的耗散；4)材料具有多孔性和易浸润性以实现高效的水运输；5)材料的机械和化学稳定性高；6)材料可以阻止盐沉积。围绕这些关键因素，国内外对于光热转换材料的设计、制备做了大量的工作，金属纳米粒子、生物质材料、聚合物、水凝胶和碳基材料等相继被开发并用作高性能太阳能光热材料。然而目前已知的光热材料仍然存在诸多问题，如全波段的太阳光吸收率低、制备工艺复杂、材料无法折叠不能实现柔性轻质便携、成本高、光热转换效率有待提高等，从而限制了其向大规模、商业化方向推广。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种在全波段太阳光吸收率高、制备方法简单、环境友好，可以粘附在任意基材表面的蛋白质基超黑吸光涂层材料，并提供了该蛋白质基超黑吸光涂层材料在光热转化方面的应用。
[0004]针对上述目的，本专利技术的蛋白质基超黑吸光涂层材料是相转变蛋白质和光吸收添加剂在基材表面形成的具有稳定粘附性的高太阳光吸收率的超黑吸光复合涂层，其由下述方法制备得到：
[0005](1)将0.1～50mg/mL成膜剂溶液用NaOH调节至pH为1～14，然后将其与0.1～50mg/mL蛋白质溶液、0.1～25mg/mL光吸收添加剂分散液按体积比为1～10:1～10:1～10混合均匀，得到混合溶液；
[0006](2)将步骤(1)所得混合溶液滴加或浸涂在基材表面，在温度为5～70℃、湿度为10％～90％条件下培养30分钟～15天，使蛋白质发生相转变并与光吸收添加剂复合修饰在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层；或者将步骤(1)所得混合溶液直接喷涂在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层。
[0007]进一步优选，本专利技术的蛋白质基超黑吸光涂层材料由下述方法制备得到：
[0008](1)将1～25mg/mL成膜剂溶液用NaOH调节至pH为4～12，然后将其与1～25mg/mL蛋白质溶液、1～15mg/mL光吸收添加剂分散液按体积比为3～7:3～7:3～7混合均匀，得到混
合溶液；
[0009](2)将步骤(1)所得混合溶液滴加或浸涂在基材表面，在温度为10～35℃、湿度为20％～80％条件下培养培养1～48小时，使蛋白质发生相转变并与光吸收添加剂复合修饰在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层；或者将步骤(1)所得混合溶液直接喷涂在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层。
[0010]上述的成膜剂为强还原剂或强氧化剂；所述成膜剂为强还原剂或强氧化剂，所述的强还原剂为三(2
‑
羧乙基)膦盐酸盐、半胱氨酸、还原性谷胱甘肽、二硫苏糖醇、β
‑
巯基乙醇、二巯基丁二酸、2
‑
巯基乙醇、亚硫酸钠中至少一种；所述强氧化剂为高铁酸钠、三价钴盐、氯酸盐、高锰酸钾、过硫酸盐、重铬酸钾、浓硫酸、盐酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸、臭氧、双氧水、氟气、氯气、铋酸钠、高碘酸、二氧化铅、盐酸胍、尿素、三氟乙醇、六氟异丙醇、三氟乙酸中至少一种。
[0011]上述的蛋白质为溶菌酶、牛血清白蛋白、乳铁蛋白、胰岛素、α
‑
乳白蛋白、人血清白蛋白、纤维蛋白原、β
‑
淀粉样蛋白、Aβ肽、朊蛋白、α
‑
突触核蛋白、胱抑素C、亨廷顿蛋白、免疫球蛋白中至少一种。
[0012]上述的光吸收添加剂包括黑色素、碳微球、碳纳米管、石墨烯、活性炭、黑磷等中至少一种。
[0013]上述的基材为金属及其各种合金材料(镁、铝、金、银、铂、镍、铜、钛)、无机非金属材料(硅、玻璃、石英、云母、瓷器)、有机高分子材料(聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、光敏聚酰亚胺)、膜材料(纤维素膜、聚四氟乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜、尼龙膜)及日常用品(木头、手机，医疗器械、纸)中任意一种。
[0014]本专利技术的蛋白质基超黑吸光涂层材料中，基材表面形成的超黑吸光复合涂层的厚度为10～25μm。
[0015]本专利技术的蛋白质基超黑吸光涂层材料可作为光热转化材料，在柔性太阳能水蒸发器中用于海水淡化和污水处理。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
[0017]本专利技术通过将光吸收物质作为添加剂引入到蛋白质相转变黏附体系中，通过相转变产物来黏附光吸收添加剂形成纳米和微米级别凹凸不平的粗糙结构来增加涂层的面密度使其形成有效的三维结构，以此来提高涂层光敏感性，优化涂层的吸光性能。得益于涂层表层和内部形成优异的陷光结构，进入孔隙的光会被多次反射，增加了光吸收耗散的次数，因此进一步降低了反射率，提高涂层消除杂散光性能。本专利技术制备出的蛋白质基超黑吸光涂层材料兼具紫外可见近红外波段光吸收，无毒无害且具有优异的耐候性，实施涂布工艺简单，对基底的选择广泛，生产效率高，均匀性好，附着性能优异。另外，整个涂层的制备过程不使用任何有机溶剂，不涉及苛刻的化学反应条件，是一种高效、经济、环保的制备方法，具有广泛的应用场景。
附图说明
[0018]图1是实施例1制备的蛋白质基超黑吸光涂层的表面形貌的SEM图。
[0019]图2是实施例2制备的蛋白质基超黑吸光涂层在200～2500nm波长范围内的光吸收图谱。
[0020]图3是实施例2～5制备的蛋白质基超黑吸光涂层与没有涂覆蛋白质基超黑吸光涂层的空白纤维素膜在2个太阳能(200mW/cm2)光照条件下的升温速率对比图。
[0021]图4是实施例2制备的蛋白质基超黑吸光涂层用作太阳能蒸发材料在1～5个太阳能(100～500mW/cm2)光照条件下的模拟海水的光热转化性能图。
[0022]图5是实施例2制备的蛋白质基超黑吸光涂层用作太阳能蒸发材料在1个太阳能(100mW/cm2)光照条件下循环10次的光热转化性能图。
[0023]图6是实施例2制备的蛋白质基超黑吸光涂层对模拟海水处理前后金属离子脱除图。
[0024]图7是实施例2制备的蛋白质基超黑吸光涂层用作太阳能蒸发材料在1个太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蛋白质基超黑吸光涂层材料，其特征在于，所述超黑吸光涂层材料由以下方法制备得到：(1)将0.1～50mg/mL成膜剂溶液用NaOH调节至pH为1～14，然后将其与0.1～50mg/mL蛋白质溶液、0.1～25mg/mL光吸收添加剂分散液按体积比为1～10:1～10:1～10混合均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所得混合溶液滴加或浸涂在基材表面，在温度为5～70℃、湿度为10％～90％条件下培养30分钟～15天，使蛋白质发生相转变并与光吸收添加剂复合修饰在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层；或者将步骤(1)所得混合溶液直接喷涂在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层。2.根据权利要求1所述的蛋白质基超黑吸光涂层材料，其特征在于，所述超黑吸光涂层材料由以下方法制备得到：(1)将1～25mg/mL成膜剂溶液用NaOH调节至pH为4～12，然后将其与1～25mg/mL蛋白质溶液、1～15mg/mL光吸收添加剂分散液按体积比为3～7:3～7:3～7混合均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所得混合溶液滴加或浸涂在基材表面，在温度为10～35℃、湿度为20％～80％条件下培养培养1～48小时，使蛋白质发生相转变并与光吸收添加剂复合修饰在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层；或者将步骤(1)所得混合溶液直接喷涂在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层。3.根据权利要求1或2所述的蛋白质基超黑吸光涂层材料，其特征在于：所述成膜剂为强还原剂或强氧化剂，所述的强还原剂为三(2
‑
羧乙基)膦盐酸盐、半胱氨酸、还原性谷胱甘...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，吴亚鸽，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：