一种基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器及制备方法和应用

本发明属于太阳能界面蒸发器，具体涉及一种基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器及制备方法和应用。

背景技术：

1、水资源短缺已经成为全球面临的严峻挑战之一。从海水中或废水中获取清洁的饮用水为缓解水资源紧缺提供了一种有效的策略。目前采用的反渗透法、多级蒸馏、多级闪蒸等方法主要依靠电力驱动，在消耗能源的同时，还会造成环境污染的问题。

2、近年来，利用清洁、环保、储量丰富、可持续使用的太阳能代替电能以实现海水淡化成为解决水资源短缺的一个有效方法。太阳能驱动水蒸发技术经过了底部蒸发、整体蒸发和界面蒸发等加热方法的演变，其中，太阳能驱动界面蒸汽产生(sdig)技术只加热局部区域的水分，具有最小的热损失，因而被广泛研究。在sdig系统中，合理的结构设计以保证增强的光吸收、优异的水运输和热利用对于高效太阳能蒸汽产生尤为重要。其中，优异的水运输是保证高效海水淡化的关键所在，大多数用于界面蒸发系统的供水通道都是双向运输。在这种结构中，持续的双向盐水运输会引起大量的热损失，降低蒸发效率。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器及制备方法和应用，所制得的柔性光热蒸发器具有优异的单向水运输功能，实现了高吸收率和低热损失的协同作用。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供了一种基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：采用ar作为溅射气体，除去聚合物基底上的杂质，获得洁净的聚合物基底；针对cu靶，进行预溅射处理，得到清除靶材表面氧化层的cu靶；

5、s2：在洁净的聚合物基底上，通过直流电源条件溅射cu靶，制得单面镀铜的聚合物材料；

6、s3：将单面镀铜的聚合物材料浸于氢氧化钠和过硫酸铵组成的混合溶液，得到单面生长氢氧化铜纳米针的液体二极管光热吸收材料；

7、s4：清洗单面生长氢氧化铜纳米针的液体二极管光热吸收材料至设定ph值后平铺于支撑体上，单面生长氢氧化铜纳米针的液体二极管光热吸收材料中的未生长氢氧化铜纳米针的一面与支撑体接触，获得液体二极管柔性蒸发器。

8、在具体实施过程中，所述s1中，所述聚合物基底为碳纤维布。

9、在具体实施过程中，所述s1中，所述采用ar作为溅射气体，除去聚合物基底上的杂质，获得洁净的聚合物基底的过程如下：

10、在第一设定真空度下，通入ar作为溅射气体，在ar等离子气氛下轰击第一设定时间；其中，第一设定真空度为1.8×10-3pa以下；第一设定时间为10～20min；所述轰击的过程中的偏压为450v，气压为5pa。

11、在具体实施过程中，所述s1中，所述针对cu靶，进行预溅射处理，得到清除靶材表面氧化层的cu靶的过程如下：

12、在第二设定真空度下，设定溅射功率值后溅射第二设定时间；所述第二设定真空度为0.6pa，所述溅射功率值为100w，所述第二设定时间为10～20min。

13、在具体实施过程中，所述s2中，所述直流电源条件的工艺参数如下：直流电源条件的电流为0.2a；溅射时间为15～60min；溅射真空度为0.6pa；溅射功率值为100w。

14、在具体实施过程中，所述s3中，所述混合溶液中的氢氧化钠和过硫酸铵的质量比为(2.6～2.9)：(0.4～0.7)。

15、在具体实施过程中，所述s4中，所述清洗采用去离子水进行清洗；所述设定ph值为7；所述支撑体为pf涤纶布。

16、在具体实施过程中，所述s4中，所述液体二极管柔性蒸发器还包括支撑底座，所述支撑体设置在支撑底座上，所述支撑底座为聚苯乙烯泡沫。

17、本发明提供了一种根据任意一项所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法制得的液体二极管柔性蒸发器。

18、本发明还提供了一种所述的液体二极管柔性蒸发器在海水淡化中的应用。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明公开了一种基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，采用cu靶在聚合物基底上溅射，形成具有一定厚度的cu层。cu在聚合物基底表面以纳米棒的形式紧密堆积，为后续生长氢氧化铜纳米针提供前驱体。其次，在室温条件下就可以实现氢氧化铜纳米针的生长，过硫酸铵作为氧化剂对铜层氧化，进一步地，铜离子与氢氧化钠的氢氧根离子反应生成氢氧化铜，与充当自漂浮的支撑体结合应用，具有良好的隔热性能，可以避免蒸发时由于热传导引起的能量损失。由于选材和制备技术的独特性和优越性，本发明的蒸发器具有优异的光热转化性能。而且，制备的材料一面为具有亲水性的氢氧化铜纳米针，另一面为具有超疏水性的聚合物，两面呈现出不同的润湿性，保证了海水淡化过程中蒸发器优异的单向水运输通道，减少了水运输过程中的热损失。此外，该材料置于支撑体上可以形成空气隔热层，进一步降低热损失，增加光热转化效率。

21、本发明采用工艺简单的制备方法，制得了一种具有优异的单向水运输功能的液体二极管柔性蒸发器，实现了光热材料兼具高吸收率和低热损失的协同作用。

22、本发明公开了一种采用上述制备方法制得的液体二极管柔性蒸发器，该蒸发器具有优异的单向水运输功能，即水可以由下层的疏水层向上输送到上层的亲水层，而不能向下回流，实现了水的单向透过，为太阳能驱动界面蒸发技术提供了一种全新的蒸发结构。因此，本发明所述一种液体二极管柔性蒸发器能够应用于在海水淡化中。

技术特征：

1.一种基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，其特征在于，所述s1中，所述聚合物基底为碳纤维布。

3.根据权利要求1所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，其特征在于，所述s1中，所述采用ar作为溅射气体，除去聚合物基底上的杂质，获得洁净的聚合物基底的过程如下：

4.根据权利要求1所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，其特征在于，所述s1中，所述针对cu靶，进行预溅射处理，得到清除靶材表面氧化层的cu靶的过程如下：

5.根据权利要求1所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，其特征在于，所述s2中，所述直流电源条件的工艺参数如下：直流电源条件的电流为0.2a；溅射时间为15～60min；溅射真空度为0.6pa；溅射功率值为100w。

6.根据权利要求1所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，其特征在于，所述s3中，所述混合溶液中的氢氧化钠和过硫酸铵的质量比为(2.6～2.9)：(0.4～0.7)。

7.根据权利要求1所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，其特征在于，所述s4中，所述清洗采用去离子水进行清洗；所述设定ph值为7；所述支撑体为pf涤纶布。

8.根据权利要求1所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法，其特征在于，所述s4中，所述液体二极管柔性蒸发器还包括支撑底座，所述支撑体设置在支撑底座上，所述支撑底座为聚苯乙烯泡沫。

9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器的制备方法制得的液体二极管柔性蒸发器。

10.一种根据权利要求9所述的液体二极管柔性蒸发器在海水淡化中的应用。

技术总结
本发明公开了一种基于氢氧化铜的液体二极管柔性蒸发器及制备方法和应用，属于太阳能界面蒸发器技术领域。所述制备方法包括以下步骤：采用Ar作为溅射气体，除去聚合物基底上的杂质，获得洁净的聚合物基底；针对Cu靶，进行预溅射处理，得到清除靶材表面氧化层的Cu靶；在洁净的聚合物基底上，通过直流电源条件溅射Cu靶，制得单面镀铜的聚合物材料；将单面镀铜的聚合物材料浸于氢氧化钠和过硫酸铵组成的混合溶液，得到单面生长氢氧化铜纳米针的液体二极管光热吸收材料；清洗单面生长氢氧化铜纳米针的液体二极管光热吸收材料至设定pH值后平铺于支撑体上，未生长氢氧化铜纳米针的一面与支撑体接触，获得液体二极管柔性蒸发器。

技术研发人员：王成兵,卫丹,张静,赵泽翔
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15