一种水泥基太阳能吸收材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水泥材料的技术领域，特别设及一种外渗一定质量分数石墨、炭黑、氧 化铁黑压制而成的水泥基太阳能吸收材料。
【背景技术】
[0002] 如今能源危机与环境污染是当今世界发展的突出问题，而可再生能源的利用是有 效的解决方法，太阳能利用是可再生能源利用的重要组成部分，光热转换作为其最主要的 利用方式表现为太阳能热水器、太阳灶等应用形式，形式较为固定单一，运制约了太阳能热 利用技术的发展。世界各地的建筑物多为水泥混凝±结构，若能利用水泥混凝±吸收太阳 能，然后将太阳能转化为热能加W储存利用，将克服太阳能分散性、间接性、随机性的缺点， 大大扩展太阳能的应用范围。然而传统的水泥基材料太阳能吸收性能很差，限制了运种新 颖而有效的太阳能热利用技术的发展。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供了一种既满足建筑强度技术标准又 具有优良太阳能吸收性能的水泥基材料。
[0004] 本发明的目的是运样实现的： 一种水泥基太阳能吸收材料按照下列原料百分比配比而成： 早强普通娃酸盐水泥（P. 052. 5R)100g、饱水石墨外渗16~24%、饱水炭黑外渗8~16%、饱 水氧化铁黑外渗16~24%、纯净水20g; 制备方法：按照一定配比，将水泥、饱水处理过的石墨、炭黑、氧化铁黑用混料机混合 30min至均匀，然后将固定质量的水加到混合料中，用水泥净浆揽拌机揽拌4min，再将揽拌 过的混合料倒入模具中压制成型，最后将成型的试样先放入标准养护箱(溫度20+rc，相 对湿度> 90%)养护Id,再放入高溫高湿养护箱(溫度80°C，相对湿度70%)养护Id,即制得 本专利产品； 本专利产品成型压力为lOMPa; 保压时间为2min; 本专利产品为尺寸160X40X15mm的黑色板材。 阳00引本发明的特点：1.太阳能中99. 9%的能量集中在紫外光区（小于400皿，约占总能 量的7%)、可见光区（400~760nm，约占总能量的50%)和红外光区（大于760nm，约占总能量 的43%)，波长200~2500皿的太阳光能量占总能量的99%W上，本产品具有优良的太阳能吸 收性能，在波长200~2500nm范围内的光吸收系数达到95%，较空白样的75%提高了 20% ;固 体光吸收是一个较为复杂的过程，其吸收方式包括基本吸收区、吸收边缘界限、自由载流子 吸收、晶格振动引起的吸收、杂质吸收、自旋波或回旋共振吸收等，从材料性质角度上讲，由 价带理论可知，石墨和炭黑均可视为禁带宽度仅为O.OSev的半导体，氧化铁黑可视为禁带 宽度仅为0.lev的半导体，即当波长分别小于15539皿和12431皿时就能产生电子跃迁吸 收，200~2500nm属于短波范围，此时入射光子能量较大，同时还会产生声子激子吸收等；此 外石墨属于六方晶系，C原子在层面上排列成六方环状，每个C原子只与周围3个C原子形 成3条共价键，剩余的1个电子不受束缚和约束，能够自由移动，相当于金属中的自由电子， 炭黑为准石墨晶体，C原子在层面上的排列方式类似于石墨，氧化铁黑中化2+与化在八面 体位置上基本无序排列，电子可在化 2+与化之间迅速转移，即石墨、炭黑和氧化铁黑中均 含有大量的自由电子，运会对太阳光产生自由载流子吸收等多种吸收方式；而且=种材料 均颜色深、黑度高、着色力强，因此本专利产品具有优良的太阳能吸收性能。
[0006] 2.本产品具有优良的实际吸热性能，将产品烘至绝干并抛光其上板面，放入聚氯 乙締泡沫模具中，无风晴朗时进行实际吸热实验，用铜-铜儀热电偶测量上下板面溫度并 记录环境溫度，本产品最高平均溫度可达59. 89°C，较环境溫度30. 8°C提高了约29.rC，运 主要是由于石墨、炭黑和氧化铁黑均导热系数高、热扩散系数高、体积热容小，且=种材料 复渗时颗粒级配和分散性会更加合理，性能叠加效应明显。
[0007] 3.石墨、炭黑和氧化铁黑颗粒均较小且圆滑，具有一定的吸水性，采用传统注浆成 型时标准稠度需水量较大，使得试样中产生大量的孔桐裂纹等缺陷，大大降低了试样的力 学性能，本产品采用压制成型，抗折强度最低可达5. 7MPa，此时抗压强度为25. 8MPa，基本 满足屋面用水泥基板材力学性能的技术要求。
【具体实施方式】
[0008] 下面通过具体实施例对本专利作进一步说明： 1. 实施例1 取早强普通娃酸盐水泥（P. 052. 5R)lOOg，外渗一定质量分数的饱水石墨、炭黑、氧化铁 黑，先共同混合均匀再加入20g纯净水揽拌均匀，然后将混合料压制成板材，养护后即得本 实施例的水泥基太阳能吸收材料。=种组分的外渗质量分数（占水泥总重量）如下： 饱水石墨：16% ; 饱水炭黑：8% ; 饱水氧化铁黑：16% ; 本实施例材料的各项性能见表1 : 表1各项性能 2. 实施例2
取早强普通娃酸盐水泥（P. 052. 5R)lOOg，外渗一定质量分数的饱水石墨、炭黑、氧化铁 黑，先共同混合均匀再加入20g纯净水揽拌均匀，然后将混合料压制成板材，养护后即得本 实施例的水泥基太阳能吸收材料。=种组分的外渗质量分数（占水泥总重量）如下： 饱水石墨：24% ; 饱水炭黑：8% ; 饱水氧化铁黑：24% ; 本实施例材料的各项性能见表2 : 表2各项性能 _
3.实施例3 取早强普通娃酸盐水泥（P. 052. 5R)lOOg，外渗一定质量分数的饱水石墨、炭黑、氧化铁 黑，先共同混合均匀再加入20g纯净水揽拌均匀，然后将混合料压制成板材，养护后即得本 实施例的水泥基太阳能吸收材料。=种组分的外渗质量分数（占水泥总重量）如下： 饱水石墨：24% ; 饱水炭黑：16% ; 饱水氧化铁黑：20% ; 本实施例材料的各项性能见表3 : 表3各项性能 _
【主权项】
1. 一种水泥基太阳能吸收材料，其特征在于：取早强普通硅酸盐水泥（P. 052. 5R) l〇〇g，外掺一定质量分数（占水泥总重量）的饱水石墨、炭黑、氧化铁黑，先共同混合均匀再 加入20g纯净水搅拌均匀，然后将混合料压制成板材，养护后即得本专利产品。2. 根据权利要求1所述的水泥基太阳能吸收材料，其特征在于：饱水石墨的外掺质量 分数（占水泥总重量）为16~24%，饱水炭黑的外掺质量分数（占水泥总重量）为8~16%，饱水 氧化铁黑的外掺质量分数（占水泥总重量）为16~24%。3. 根据权利要求1所述的水泥基太阳能吸收材料，其特征在于：本专利产品成型压力 为lOMPa，保压时间为2min。4. 根据权利要求1所述的水泥基太阳能吸收材料，其特征在于：本专利产品为尺寸 160X40X15臟的黑色板材。
【专利摘要】本发明属于水泥材料的技术领域，特别涉及一种外掺一定质量分数石墨、炭黑、氧化铁黑压制而成的水泥基太阳能吸收材料。取早强普通硅酸盐水泥（P.O52.5R）100g，外掺一定质量分数（占水泥总重量）的饱水石墨、炭黑、氧化铁黑，先共同混合均匀再加入20g纯净水搅拌均匀，然后将混合料压制成板材，养护后即得本发明。本发明具有优良的太阳能吸收性能和实际吸热性能，并且满足屋面用水泥基板材力学性能的技术要求。
【IPC分类】C04B28/04
【公开号】CN105198328
【申请号】CN201510734671
【发明人】黄超, 王 琦, 宋鹏, 杨中喜, 张春丽
【申请人】济南大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年11月3日