[发明专利]一种蛋白质基超黑吸光涂层材料及其光热转化应用

说明书

本发明提供了一种蛋白质基超黑吸光涂层材料及其光热转化应用，其通过蛋白质在成膜剂的作用下发生淀粉样转变来提高光吸收添加剂与基材界面的粘附力，同时由于淀粉样转变后涂层表面会形成丰富且均匀的微纳级孔径，这些陷光结构有助于光在表面的吸收耗散，可有效的提高光热转化效率。相比于传统吸光涂层和光热转化材料，本发明超黑吸光涂层材料的制备过程方便简单、环保绿色，不涉及任何有机试剂，生物安全性高、耐候性能好，基底材料的选择性广，且该涂层在200～2500nm的光吸收率为97.5％～98.5％，可用于太阳能驱动的污水处理、海水淡化，并且在肿瘤的光热和光动力治疗中也有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于超黑材料光热转化技术领域，具体涉及一种兼具紫外可见近红外波段光吸收的超黑吸光涂层材料，以及该超黑吸光涂层材料的应用。

背景技术

随着经济的发展和人口的增加，人类对淡水资源的需求不断增加，再加上存在不合理开采和污染等问题，淡水资源短缺已严重制约了某些地区的社会及经济的进一步发展。为解决淡水资源短缺问题，十分有必要开发利用某些不可用水，比如将海水淡化，或将污水变为可饮用水。在这种情况下，太阳能作为一种可再生的清洁能源，由其驱动的水蒸发技术既降低了环境污染的风险，还解决了能量来源的问题，是一种能有效缓解水资源短缺问题的方法。在太阳能驱动的水蒸发技术中，对于高性能光热材料的设计一般要从以下几方面综合考虑：1)材料在太阳光全波段都有良好吸收；2)材料的光热转换效率高；3)材料的导热系数低，以降低能量的耗散；4)材料具有多孔性和易浸润性以实现高效的水运输；5)材料的机械和化学稳定性高；6)材料可以阻止盐沉积。围绕这些关键因素，国内外对于光热转换材料的设计、制备做了大量的工作，金属纳米粒子、生物质材料、聚合物、水凝胶和碳基材料等相继被开发并用作高性能太阳能光热材料。然而目前已知的光热材料仍然存在诸多问题，如全波段的太阳光吸收率低、制备工艺复杂、材料无法折叠不能实现柔性轻质便携、成本高、光热转换效率有待提高等，从而限制了其向大规模、商业化方向推广。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种在全波段太阳光吸收率高、制备方法简单、环境友好，可以粘附在任意基材表面的蛋白质基超黑吸光涂层材料，并提供了该蛋白质基超黑吸光涂层材料在光热转化方面的应用。

针对上述目的，本发明的蛋白质基超黑吸光涂层材料是相转变蛋白质和光吸收添加剂在基材表面形成的具有稳定粘附性的高太阳光吸收率的超黑吸光复合涂层，其由下述方法制备得到：

(1)将0.1～50mg/mL成膜剂溶液用NaOH调节至pH为1～14，然后将其与0.1～50mg/mL蛋白质溶液、0.1～25mg/mL光吸收添加剂分散液按体积比为1～10:1～10:1～10混合均匀，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)所得混合溶液滴加或浸涂在基材表面，在温度为5～70℃、湿度为10％～90％条件下培养30分钟～15天，使蛋白质发生相转变并与光吸收添加剂复合修饰在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层；或者将步骤(1)所得混合溶液直接喷涂在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层。

进一步优选，本发明的蛋白质基超黑吸光涂层材料由下述方法制备得到：

(1)将1～25mg/mL成膜剂溶液用NaOH调节至pH为4～12，然后将其与1～25mg/mL蛋白质溶液、1～15mg/mL光吸收添加剂分散液按体积比为3～7:3～7:3～7混合均匀，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)所得混合溶液滴加或浸涂在基材表面，在温度为10～35℃、湿度为20％～80％条件下培养培养1～48小时，使蛋白质发生相转变并与光吸收添加剂复合修饰在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层；或者将步骤(1)所得混合溶液直接喷涂在基材表面，在基材上形成具有强粘附性的蛋白质基超黑吸光涂层。