仿北极熊毛皮太阳能光热复合材料的制备和性能研究

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传统太阳能光热材料由于成本高、易受损、大规模制造难度比较大,并且还存在安全风险,所以很难满足在建筑上的大面积使用。本课题受北极熊毛皮结构的启发,制备出一种成本较低、环保、阻燃的太阳能光热复合材料。利用经编间隔织物和环氧树脂制备透光隔热层,采用黑色非织布作为吸热层,制备出基于纺织品的太阳能光热复合材料。实验首先引入反光材料,增强间隔织物(即透光隔热层)的光透过率。然后通过聚乙烯醇(PVA)将荧光材料负载到吸热层,提高复合材料的光热转换能力。实验合成一种透明的膨胀型阻燃剂,赋予纺织品太阳能光热复合材料良好的阻燃特性。具体研究内容如下:首先,以经编间隔织物为支撑材料,环氧树脂为封装材料制备透光隔热层;以黑色无纺布作为吸热层,制备出仿北极熊毛皮结构的太阳能光热复合材料。该复合材料的光透过率较好,热导率较低,达到绝热材料的标准,并且还具有压缩性能和缓冲性能。其次,基于上述纺织品太阳能光热复合材料,通过具有优异反光特性的反光涂层,构建出具有高效光透过率的间隔织物。研究反光材料涂覆位置对复合材料的光热影响发现,当反光材料涂覆在间隔织物最上层时,在光照强度为1k W/m~2时,其光热转换温度最高可达84.3℃。接着,基于黑色非织布,通过引入具有激发-发射特性的荧光材料构建出荧光光热织物。以PVA材料为“桥梁”,研究荧光种类、PVA浓度以及荧光浓度对光热转换的影响。结果表明,当PVA浓度为5%,荧光浓度为0.5%时,发蓝绿光的荧光材料制备的复合材料,其光热转换温度高达99.4℃。最后,为了使太阳能集热器具有防火特性,实验合成出一种透明的膨胀型阻燃剂,在尽可能降低对复合材料光透过的影响下,使其具有优异的防火特性。通过调整阻燃剂各成分比例,研究复合材料的光透过率、热稳定性以及燃烧性能,得到LOI值为33.4%、垂直燃烧等级V-0的透光型阻燃剂,制备出具有良好阻燃性能的太阳能光热复合材料。
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