柔性透明MXene基光热转换薄膜的制备和性能研究

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透明加热膜在航空航天、交通运输、医疗卫生等领域具有广泛的应用价值。传统的金属氧化物基透明加热膜,由于其高成本,刚性大等劣势,已无法满足当前对透明加热膜的集成化和柔韧性的市场要求。随着绿色化学的不断发展,具有光热转换性能的新型纳米材料为透明加热膜带来了新的应用前景。其中,过渡金属氧化物或氮化物(MXene),一种新型二维材料,具有优异的光电性能,以及高效的光热转换效率,作为光热转换材料受到广泛研究,具有广阔的应用前景。然而,由于MXene自身易氧化以及受环境影响较大的缺点,在光热转换领域研究一直停滞不前。因此开发一种低成本、拥有多应用场景、高光热转换效率的MXene基柔性透明加热薄膜具有重要的现实意义。本文基于二维MXene纳米材料,通过对其进行简易的修饰以及利用表面涂层的方法,制备了一种高光热转换效率的柔性透明加热薄膜。主要内容包括:(1)首先对MXene的表面进行聚吡咯(PPy)修饰,合成出高光热转换效率的MXene@PPy,随后借助喷涂设备将其均匀的喷涂在柔性透明的聚碳酸酯(PC)薄膜表面,从而制备了一种柔性透明的光热转换PC/MXene@PPy(MP-PC)薄膜。由于MXene和PPy的协同光热效应,使所获得的MP-PC薄膜在较低的MXene@PPy喷涂密度下,获得较好的光热转换性能(100 m W/cm2,47.5oC),同时保持优异的透过率(51.61%@550 nm)。由于MP-PC膜具有良好的表面电阻(413(?)/sq),在24 V输入电压下,MP-PC膜的焦耳加热温度达到108 oC。此外,MP-PC薄膜作为一种极具应用前景的光热转换材料,在低温环境下表现出了光致热疗的有效性和可行性。(2)针对光热薄膜的高热损失,将混有高光热转换效率的四氧化三铁(Fe3O4)的聚二甲基硅氧烷(PDMS),借助旋涂工艺,成功制备出PC/MXene/PDMS@Fe3O4的多层薄膜。通过调节Fe3O4的含量,得到了具有高透过率的光热转换薄膜。结果表明,在PDMS@Fe3O4涂层的保护下,PC/MXene/PDMS@Fe3O4薄膜在一个太阳光强度下,其光热转换温度达到了72.6oC,同时在550 nm波长下的透过率提高到54.2%。电加热实验表明,在12 V的电压下,PC/MXene/PDMS@Fe3O4薄膜的平衡温度达到62 oC。通过简易的温室大棚模型测试,所获得的薄膜表现出优异的性能(32.2 oC),因而在温室大棚领域的应用具有广阔的前景。
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