增强热辐射的可调透明太赫兹吸收膜的制备方法及应用

本发明属于保温膜，尤其是涉及了一种增强热辐射的可调透明太赫兹吸收膜的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着我国居民生活水平的不断提高，人们对反季节水果/蔬菜的需求逐渐增大。为保证温室大棚内反季节水果/蔬菜的正常生长，需消耗大量能源提高温度。现有温室大棚通过改良采光角度、保温和蓄热性能等方式，可实现在零下20度环境的正常生产。然而，温室大棚膜仍存在对红外电磁波透过率高，难以利用红外电磁波能量(如太赫兹波段的能量)的问题。因此，迫切需要一种对可见光透过率高，并能利用红外电磁波能量的温室大棚膜，保证温室大棚内反季节水果/蔬菜的正常生长，有效减少能源消耗和温室气体排放，实现被动节能，助力“双碳”目标。然而，现有的技术中缺少一种能高效利用红外电磁波能量的温室大棚膜。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种增强热辐射的可调透明太赫兹吸收膜的制备方法及应用。本发明方法具有动态可调谐、对太赫兹波吸收率高、制作步骤简单的特点。

2、本发明所采用的技术方案如下，包括以下步骤：

3、步骤一、可调透明太赫兹吸收膜的制作：制作从上到下依次包含有电极、离子凝胶、电极、石墨烯、聚酰亚胺薄膜和铟锡氧化物ito的可调透明太赫兹吸收膜；

4、所述步骤一中，采用以下方式制作可调透明太赫兹吸收膜：

5、步骤1)介电薄膜表面蒸镀/溅射ito；

6、首先，取洗净的透明聚酰亚胺薄膜，在聚酰亚胺薄膜的下表面蒸镀/溅射铟锡氧化物ito；

7、步骤2)然后，在聚酰亚胺薄膜的上表面转移石墨烯；

8、步骤3)接着，在石墨烯上表面的一端制作第一个电极；

9、步骤4)在石墨烯的上表面旋涂离子凝胶；

10、步骤5)最后，在离子凝胶的上表面制作第二个电极，最终制得可调透明太赫兹吸收膜。

11、所述的介电薄膜采用聚酰亚胺薄膜；

12、步骤1)中，透明的聚酰亚胺薄膜采用以下方式清洗：取一块完整的聚酰亚胺薄膜，依次用丙酮、异丙醇和去离子水进行清洗，然后用氮气吹干，得到洗净后的聚酰亚胺薄膜。

13、所述聚酰亚胺薄膜的厚度为10～200微米。

14、所述步骤1)中，铟锡氧化物ito的厚度为50～300nm。

15、所述步骤2)中，石墨烯为通过化学气相沉积或机械剥离方法得到的石墨烯，石墨烯的层数为1～5层。

16、所述步骤4)中，离子凝胶的旋涂转速为1500-4000r.p.m.。

17、所述步骤4)中，离子凝胶旋涂后覆盖步骤3)中制作的第一个电极；

18、所述的第一个电极和第二个电极分别位于可调透明太赫兹吸收膜的两侧。

19、所述步骤2)中，在聚酰亚胺薄膜上转移石墨烯的具体方式为：

20、将石墨烯释放至水中至少2小时，然后用镊子夹住镀有ito的聚酰亚胺薄膜，将聚酰亚胺薄膜斜置入水中；同时将聚酰亚胺薄膜中未镀ito的一面贴合水中的石墨烯，待石墨烯调整至聚酰亚胺薄膜的中间位置后，将贴附有石墨烯的聚酰亚胺薄膜从水中取出，竖直放置3～5min流出多余水分后静置晾干30～40min，接着，在烘箱中以100～120℃的温度烘干20～30min，最后得到干燥且贴附有石墨烯的聚酰亚胺薄膜。

21、一种聚酰亚胺薄膜在制备辐射加热器件、保暖衣物或温室大棚中的应用。

22、步骤二：验证可调透明太赫兹吸收膜的热辐射吸收效率

23、步骤1)采集可调透明太赫兹吸收膜的太赫兹时域信号：

24、在充氮气氛围下，在波谱频宽为0.1～10thz区间采集可调透明太赫兹吸收膜和全反射镜的太赫兹时域信号；

25、步骤2)改变电极两端的偏压，采集可调透明太赫兹吸收膜的太赫兹时域信号；

26、所述步骤1)中，采集可调透明太赫兹吸收膜的太赫兹时域信号时，测量环境的湿度<2％。所述步骤2)中两个电极两端的偏压为-3.0v～3.0v；

27、步骤3)由太赫兹时域信号得到可调透明太赫兹吸收膜的吸收峰强度：

28、利用快速傅里叶变换将太赫兹时域信号转换成频域信号，由频域信号处理得到对应偏压条件下可调透明太赫兹吸收膜的吸收率；

29、步骤4)将可调透明太赫兹吸收膜和普通薄膜放置于太阳光/红外灯条件下，监测两者的升温情况。

30、优选的本发明石墨烯具体实施中可选用acs material公司生产的trivialtransfer graphene，但不限于此。本发明的石墨烯可用半金属，如二碲化钨代替。

31、优选的本发明离子液体具体实施中可选用sigma公司生产的货号为711691-100g的离子液体，但不限于此。

32、优选的本发明p(vdf-hfp)共聚物具体实施中可选用sigma公司生产的货号为427160-100g的p(vdf-hfp)共聚物，但不限于此。

33、优选的本发明红外相机具体实施中可选用海康威视公司生产的货号为ds-2td2636-10的红外相机，但不限于此。

34、优选的本发明聚酰亚胺薄膜具体实施中可选用华南湘城科技公司生产的透明聚酰亚胺薄膜，但不限于此。本发明的聚酰亚胺薄膜可用光刻胶等其他介电材料，如su-8光刻胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯pet代替。

35、铟锡氧化物ito的厚度至少50nm，其原因在于厚度低于50nm时，太赫兹波可透过ito，制成的透明太赫兹吸收膜吸收太赫兹辐射效果变弱。

36、选用离子凝胶制作透明太赫兹吸收膜能够通过低电压(<3v)实现对太赫兹波的大幅度调制，与激光调制和普通电压调制(调制电压达到几十甚至上百伏)相比，所用设备简单，操作更加安全。

37、与传统太赫兹吸收膜相比，可见光能够穿过透明太赫兹吸收膜的离子凝胶、石墨烯、介电材料与ito，其透过率高；由于太赫兹波无法穿透ito，太赫兹波入射至透明太赫兹吸收膜时，多个频段的太赫兹波会被石墨烯、介电材料与ito组成的吸收器结构吸收，并且能通过在离子凝胶上下两侧施加偏压调节其吸收率。综上，透明太赫兹吸收膜能够在不影响农作物光合作用的前提下提升对太赫兹波的吸收与利用。

38、具体实施中优选的本发明的太赫兹时域波谱系统推荐采用advantest公司生产的型号为tas7500的太赫兹时域波谱系统。

39、太赫兹波是指频率为0.1-10thz(1thz＝1012hz)的电磁波，属于远红外波段。太赫兹波广泛存在于自然界，人体辐射中就包含该波段的能量。本发明采用的太赫兹时域波谱技术(terahertz time-domain spectroscopy，thz-tds)，是国际上近年来快速发展并推广的一项波谱技术。

40、本发明的可调透明太赫兹吸收膜是一种石墨烯-介电材料-ito防透射层结构，该结构在可见光波段透过率高，在太赫兹波段满足阻抗匹配条件，可吸收多个波段的太赫兹波，转化为热能，提高升温效果。与普通塑料农膜相比，由于太赫兹波对塑料、衣物等介电材料具有较强的穿透性，导致普通塑料农膜难以吸收并利用太赫兹波段的能量，降低温室大棚的升温效果。

41、本发明的突出优势在于可调透明太赫兹吸收膜对可见光的透过率高，并且能够吸收多个波段的太赫兹波并转化为热能。该吸收膜无需光刻周期性的金属结构，表面平整，易于加工。

42、本发明利用可调透明太赫兹吸收膜技术，具有的有益效果是：

43、1、本发明采用可调透明太赫兹吸收膜，利用石墨烯-聚酰亚胺-ito形成的透明吸收器结构吸收多个波段的太赫兹波，提高升温效果。

44、2、与传统的塑料薄膜相比，本发明方法能显著提高对远红外辐射的利用率，提升升温效果；与普通太赫兹吸收器相比，本方法中可调透明太赫兹吸收膜无需光刻步骤，对可见光具有高透过率，简化了器件制作步骤，能满足日益增长的被动节能需求。