一种介孔量子超亲水自清洁材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及自清洁材料，具体涉及一种介孔量子超亲水自清洁材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光伏板玻璃的状态对光伏电站的发电效率具有重要影响。太阳能光伏板表面容易受到灰尘积聚、阴雨气候和紫外线照射等因素的影响，从而导致发电量下降，并严重影响光伏板的使用寿命。因此，如何保持光伏板玻璃的清洁状态是一个重要的研究方向。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种介孔量子超亲水自清洁材料及其制备方法和应用，旨在实现材料表面的超亲水性和可见光催化活性，赋予材料高效降解有机物、自清洁及高效增透。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种介孔量子超亲水自清洁材料，以质量份计，包括去离子水90-100份、超亲水自清洁复合材料0.1-0.8份、纳米三氧化二铝-氟化镁分散液0.005-0.05份、乙醇0.5-2份、分散剂0.1-0.6份和树脂溶液0.1-1份；其中，超亲水自清洁复合材料包括1-6份二氧化钛、1-6份二氧化硅、0.001-0.01份石墨烯和0.005-0.05份zif-8。

3、优选的，作为一种改进，纳米三氧化二铝-氟化镁分散液中氟化镁包覆在三氧化二铝表面。

4、优选的，作为一种改进，一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法，包括如下步骤：

5、步骤a、将超亲水自清洁复合材料溶于去离子水中，加入纳米三氧化二铝-氟化镁分散液搅拌形成混合溶液；

6、步骤b、将乙醇、分散剂和树脂溶液加入混合溶液中，搅拌制成介孔量子超亲水自清洁材料。

7、优选的，作为一种改进，纳米三氧化二铝-氟化镁分散液的制备方法包括如下步骤：

8、(1)纳米三氧化二铝分散液的制备：通过超短脉冲激光使浸入液体中的铝板表面脱落得到固含为15-20％的微\纳米三氧化二铝混合物溶液，将微\纳米三氧化二铝混合物中的微米三氧化二铝分离，收集得到固含为10-20％的纳米三氧化二铝分散液；

9、(2)纳米三氧化二铝-氟化镁分散液的制备：将纳米三氧化二铝分散液和氟化镁粉末砂磨混合，在混合过程中加入表面活性剂，得到纳米三氧化二铝-氟化镁分散液，其中，纳米三氧化二铝溶液分散液、氟化镁粉末和表面活性剂的质量比为100:1-10:0.1-1。

10、优选的，作为一种改进，步骤(1)中，超短脉冲激光脉冲宽度≤20ns，单脉冲能量≥10μj；步骤(2)中，磨砂时间为5-8h；氟化镁为纳米颗粒；表面活性剂为聚丙烯酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。

11、本技术方案中，超短脉冲激光中心波长可以为紫外260nm、343nm、355nm；或者可见400nm、515nm、532nm；或者红外800nm、1030nm、1064nm、1550nm。

12、对氟化镁的粒径进行优化，氟化镁的粒径与分散性及材料性能均有较大的关系，纳米级材料因其高比表面积和独特的纳米尺寸效应，具有更好的性能。如果使用更大尺寸的材料，会导致性能降低；此外，纳米级材料更容易在溶剂中分散，形成均匀的悬浮液，而大尺寸的材料会导致团聚现象；并且实践证明纳米级材料有助于形成更均匀、连续的涂层，较大尺寸的材料会导致涂层不均匀，出现裂纹或缺陷。

13、优选的，作为一种改进，超亲水自清洁复合材料的制备方法，包括如下步骤：

14、i、zif-8的制备：将氧化锌金属前驱体、2-甲基咪唑配体和乙醇混合后研磨、干燥，即得zif-8；

15、ii、超亲水自清洁复合材料：将二氧化硅、二氧化钛、石墨烯和zif-8混合后研磨，即得超亲水自清洁复合材料。

16、优选的，作为一种改进，步骤i中，氧化锌金属前驱体、2-甲基咪唑配体和乙醇的质量比为0.5～3:1:1。

17、优选的，作为一种改进，步骤ii中，二氧化硅、二氧化钛的颗粒粒度均为纳米级。

18、本技术方案中，二氧化硅、二氧化钛的颗粒粒度对性能、分散性及材料均匀性具有关键影响，纳米级材料因其高比表面积和独特的纳米尺寸效应，通常具有更好的性能。如果使用更大尺寸的材料，会导致性能降低；此外，纳米级材料更容易在溶剂中分散，形成均匀的悬浮液，大尺寸的材料会导致容易团聚；纳米级材料有助于形成更均匀、连续的涂层，较大尺寸的材料会导致材料不均匀，出现裂纹或缺陷。

19、再一方面，本技术方案还提供一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法所制备的介孔量子超亲水自清洁材料在太阳能光伏板上的应用。

20、本方案的原理及优点是：本技术方案中，针对现有技术中光伏玻璃的透光性及使用寿命的问题，针对性的对材料进行优化，通过对材料配方及制备工艺的优化，达到超亲水自清洁的效果，使其能够吸附光伏玻璃表面的污染物及水汽，保持光伏板玻璃的清洁状态，能提高光伏玻璃的透光率，使得光伏板能够充分利用可见光和弱光条件下的光能，进而提高发电效率。在此过程中，配方的优化是本技术方案的难点之一，二氧化钛在光照射下具有光催化活性，而二氧化硅可以提高涂层亲水性和增透效果。此外，本技术方案创造性的引入涂层领域不常用的石墨烯与zif-8，石墨烯是一种具有高导电性和高比表面积的材料，而zif-8是一种具有多孔性和可调孔径分布的材料，通常用作载体和吸附剂。本技术方案中，这两种物质和tio2结合使用时，石墨烯可以提高tio2和zif-8的光催化活性，从而提高复合材料的自清洁性能。并且，本技术方案中，通过加入纳米二氧化铝和氟化镁，可以提高涂层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和光学性能，从而提高整体性能。纳米三氧化二铝(al2o3)是一种高硬度的耐磨材料，而氟化镁(mgf2)是一种具有低折射率和优良光学性能的材料。本技术方案中两种物质结合使用时，氟化镁可以改善纳米三氧化二铝的光学性能，同时提高涂层的耐磨性以及提高涂层的增透性。在研发期间，曾尝试不添加氟化镁而单独添加zif-8，结果导致涂层的增透效果下降0.1-0.5％。此外，树脂溶液的加入，使得涂层具有高耐磨性，能够进一步加强涂层的粘合力，使其不容易脱落。通过本技术方案制备得到的超亲水自洁材料通过利用可见光催化分解光伏板表面吸附的污染物来实现自洁的效果，该超亲水材料还能够提高光伏玻璃的透光率，从而充分利用可见光和弱光增益光伏板的发电量。经实验验证：将本方案的介孔量子超亲水自清洁材料应用在太阳能光伏板上，针对波长360～800nm的光线，增加玻璃透光率为5～6％。

21、本技术方案的有益效果在于：

22、(1)本技术方案介孔量子超亲水自清洁材料的制备过程简单，原料廉价易得。本发明的超亲水自清洁材料无毒害作用。本发明的自清洁材料通过低成本和简便的喷涂工艺得到，适应条件更广泛，能满足大面积的涂层制备。本发明喷涂后无需高温干燥，且干燥时间短。综上，本发明在自清洁材料技术领域具有广阔的应用前景。

23、(2)本技术方案的制备方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。

24、(3)本发明超亲水材料施工操作简单，只需使用喷枪淋洒，并让其在自然光照射下干燥成膜即可，对于太阳能光伏板、车窗和玻璃等领域具有重要意义。

技术特征：

1.一种介孔量子超亲水自清洁材料，其特征在于：以质量份计，包括去离子水90-100份、超亲水自清洁复合材料0.1-0.8份、纳米三氧化二铝-氟化镁分散液0.005-0.05份、乙醇0.5-2份、分散剂0.1-0.6份和树脂溶液0.1-1份；其中，超亲水自清洁复合材料包括1-6份二氧化钛、1-6份二氧化硅、0.001-0.01份石墨烯和0.005-0.05份zif-8。

2.根据权利要求1所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料，其特征在于：纳米三氧化二铝-氟化镁分散液中氟化镁包覆在三氧化二铝表面。

3.一种权利要求1或2所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法，其特征在于：所述纳米三氧化二铝-氟化镁分散液的制备方法包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，超短脉冲激光脉冲宽度≤20ns，单脉冲能量≥10μj；步骤(2)中，磨砂时间为5-8h；氟化镁为纳米颗粒；表面活性剂为聚丙烯酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。

6.根据权利要求3、4或5所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法，其特征在于：超亲水自清洁复合材料的制备方法，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法，其特征在于：步骤i中，氧化锌金属前驱体、2-甲基咪唑配体和乙醇的质量比为0.5-3:1:1。

8.根据权利要求6或7所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法，其特征在于：步骤ii中，所述二氧化硅、二氧化钛的颗粒粒度均为纳米级。

9.根据权利要求1-2任一所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料或者权利要求2-5、7任一所述的一种介孔量子超亲水自清洁材料的制备方法所制备的介孔量子超亲水自清洁材料在太阳能光伏板上的应用。

技术总结
本发明涉及自清洁材料技术领域，公开了一种介孔量子超亲水自清洁材料及其制备方法和应用，该材料主要由纳米二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝组成，通过利用可见光催化分解光伏板表面吸附的污染物来实现自洁的效果。此外，该材料还能够提高光伏玻璃的透光率，从而充分利用可见光和弱光增益光伏板的发电量。本发明施工操作简单，只需使用喷枪淋洒，并让其在自然光照射下干燥成膜，对于在户外使用的太阳电池光伏板等长期高效运行有重大意义。

技术研发人员：曾和平,黎斌,李钰杰
受保护的技术使用者：海南朗研光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23