本发明属于光热转换复合材料，具体涉及一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜及其制备方法。
背景技术：
1、在当今社会，能源的需求与日俱增，而化石燃料的逐渐枯竭和环境污染问题使得全球范围内对于可持续能源的研究日益重要。太阳能作为一种清洁、可再生的能源，受到了全球范围内的广泛关注。光热转换技术是太阳能利用中的重要方向，其可以将太阳光能有效转换为热能，进而被用于生活热水、供暖、冷却、工业热过程以及电力生成等众多领域。
2、光热转换膜材料作为太阳热能系统中的一个核心组件，其转换效率直接影响到整个系统的能量捕获及利用效率。因此，研发具有高吸光率、低热损失和高热稳定性等优点的光热转换膜材料具有非常重要的意义。
3、传统的光热转换材料多以金属或金属氧化物为主，例如铜、铝以及其氧化物材料等。这些材料虽然具有良好的热稳定性和一定的吸光性能，却存在耐腐蚀性差、多波段吸收性能不佳和成本相对较高等缺点。此外，许多光热转换膜材料的制备过程复杂，且往往涉及到高温、高能耗的步骤，这不利于降低整体成本和提高生产效率，限制了它们的广泛应用。
4、为了提高光热转换效率和环境适应性，同时降低制备和材料成本，研究人员开始寻求新型的光热转换膜材料。这些新型材料旨在具备以下几个特点：高的光吸收率，以保证尽可能多的太阳能被转换为热能；低的热发射率，以减少热量的辐射损失；优良的热稳定性与化学稳定性，以适应长期在户外等环境下运行的需要；以及简单的制备流程和较低的成本。
5、近年来，多孔材料、纳米结构材料和复合材料等新型材料因其独特的性质在光热转换领域受到广泛关注。这些材料通过调控结构和成分，可以实现对太阳光的高效吸收和热能的有效捕获。例如，碳基材料(如石墨烯、碳纳米管等)以优异的光吸收性能显示出极大潜力。同时，通过引入金属纳米颗粒或其他类型的纳米结构，可以进一步增强吸收性能，并提供更好的热稳定性。
6、简化光热膜材料的制备工艺，降低工艺成本，同时拥有良好的光吸收能力，可以为太阳能热利用系统提供一种能够大范围普遍利用的绿色环保光热转换吸收器。申请号202111548058.6名称为“一种石墨烯/纤维素复合材料的制备方法”的中国发明专利公开了一种体系收的三维网络石墨烯、纤维素气凝胶结构用于海水淡化，具有优异的机械性能和太阳辐射吸收能力。申请号202210654070.3名称为“再生纤维素/石墨烯纳米片膜的制备方法”的中国发明专利通过物理化学双交联策略制备了高导热的膜材料。而对于大型太阳能集热蓄热复合材料，现有技术在材料的制备方面常常受限于工艺的复杂性，这不仅限制了其大规模生产的可能性，也导致了相对较高的制造成本。
技术实现思路
1、针对现有技术中对于大型太阳能集热蓄热复合材料，现有技术在材料的制备方面常常受限于工艺的复杂性，这不仅限制了其大规模生产的可能性，也导致了相对较高的制造成本的问题，本发明提供了一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜及其制备方法。
2、本发明采用的技术方案如下：
3、一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤a：制备石墨烯纳米片分散液，即gnp分散液；
5、步骤b：制备水溶性羟乙基纤维素水凝胶，即水溶性hec水凝胶；
6、步骤c：将步骤a得到gnp分散液与步骤b得到的水溶性hec水凝胶混合得到混合水凝胶；
7、步骤d：将步骤c得到的混合水凝胶平铺至容器中，自然流平，待自然风干后得到石墨烯-水溶性纤维素光热膜。
8、采用该技术方案后，石墨烯的颗粒大小和分散程度决定了膜的平整度，因此选择了gnp与水溶性hec水凝胶混合，纤维素提供良好的机械性能支撑以及平整的表面结构，而gnp对太阳光波段的辐射吸收率高，赋予光热膜较高的光热转换效率。本发明采用gnp和水溶性纤维素溶液共混自然风干的方法，制备了具有良好光热转换效率的光热转换膜材料，在光照下有较高的光热转换效率。本制备方法步骤简单，成型快速，膜表面平整光滑性能，绿色环保，适用于多种太阳能光热储能材料的光吸收。
9、作为优选，步骤c中gnp分散液与水溶性hec水凝胶的质量比1:0.5～8。
10、作为优选，所述gnp分散液的浓度为1-10mg/ml，所述水溶性hec水凝胶浓度为0.5～8wt％，步骤c中所述gnp分散液和水溶性hec水凝胶的质量比为2:1-1:8，用于制备gnp分散液的石墨烯纳米片为单层结构，用于制备水溶性hec水凝胶的羟乙基纤维素的粘度100～200mpa.s。
11、作为优选，所述hec水凝胶浓度为1～4wt％，gnp分散液和水溶性hec水凝胶的质量比为1:5。采用该技术方案后，增加hec水凝胶浓度会提高光热膜的机械性能，同时降低膜的光热转换性能；反之，减少hec水凝胶浓度会降低光热膜的机械性能，同时增加膜的光热转换性能。
12、作为优选，所述gnp分散液的浓度为5mg/ml。
13、采用该技术方案后，减少gnp溶液浓度会提高光热膜的机械性能，同时降低膜的光热转换性能；反之，增加gnp溶液浓度会降低光热膜的机械性能，同时增加膜的光热转换性能。
14、作为优选，所述gnp分散液的制备方法为：向gnp中加入去离子水，然后进行超声分散，得到均匀的gnp分散液。
15、作为优选，步骤b中水溶性hec水凝胶的制备方法为：在水浴加热的条件下将hec和去离子水混合并搅拌均匀，直到形成透明的水溶性hec水凝胶。
16、作为优选，步骤b和步骤c均在35℃的水浴条件下进行，且均采用磁力搅拌进行搅拌，步骤c中将gnp溶液缓慢分次加入到hec水凝胶中。
17、一种采用上述制备方法得到石墨烯-水溶性纤维素光热膜。
18、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
19、石墨烯的颗粒大小和分散程度决定了膜的平整度，因此选择了gnp与水溶性hec水凝胶混合，纤维素提供良好的机械性能支撑以及平整的表面结构，而gnp对太阳光波段的辐射吸收率高，赋予光热膜较高的光热转换效率。本发明采用gnp和水溶性纤维素溶液共混自然风干的方法，制备了具有良好光热转换效率的光热转换膜材料，在光照下有较高的光热转换效率。本制备方法步骤简单，成型快速，膜表面平整光滑性能，绿色环保，适用于多种太阳能光热储能材料的光吸收。
1.一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜的制备方法，其特征在于：所述gnp分散液的制备方法为：向gnp中加入去离子水，然后进行超声分散，得到均匀的gnp分散液。
3.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜的制备方法，其特征在于：步骤c中gnp分散液与水溶性hec水凝胶的质量比1:0.5～8。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜的制备方法，其特征在于：所述gnp分散液的浓度为1～10mg/ml，所述水溶性hec水凝胶浓度为0.5～8wt％，步骤c中所述gnp分散液和水溶性hec水凝胶的质量比为2:1-1:8，用于制备gnp分散液的石墨烯纳米片为单层结构，用于制备水溶性hec水凝胶的羟乙基纤维素的粘度100～200mpa.s。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜的制备方法，其特征在于：所述水溶性hec水凝胶的浓度为1～4wt％，gnp分散液和水溶性hec水凝胶的质量比为1:5。
6.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜的制备方法，其特征在于：步骤b中水溶性hec水凝胶的制备方法为：在水浴加热的条件下将hec和去离子水混合并搅拌均匀，直到形成透明的水溶性hec水凝胶。
7.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯-水溶性纤维素光热膜的制备方法，其特征在于：步骤b和步骤c均在30-40℃的水浴条件下进行，且均采用磁力搅拌进行搅拌，步骤c中将gnp分散液缓慢分次加入到水溶性hec水凝胶中。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述制备方法得到石墨烯-水溶性纤维素光热膜。
