CN114624798B - 光吸收体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种光吸收体，包括多个碳纳米管和多个碳颗粒，所述多个碳纳米管形成一网络状结构，所述多个碳颗粒位于所述网络状结构中。本发明进一步涉及一种所述光吸收体的制备方法，包括以下步骤：提供一光吸收体预制液，所述光吸收体预制液包括一溶剂、多个碳纳米管和多个碳颗粒，所述多个碳纳米管和所述多个碳颗粒位于所述溶剂中，所述多个碳纳米管形成一网络状结构，多个碳颗粒位于所述网络状结构中；以及将所述光吸收体预制液喷涂在一基底上。
Description
技术领域
本发明涉及一种光吸收体及其制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的光吸收体及其制备方法。
背景技术
红外光是介于微波与可见光之间的电磁波，太阳的热量主要通过红外光传到地球。同时，自然界的任何物体都是红外光辐射源，时时刻刻都在不停地向外辐射红外光。目前，红外光主要应用在军事、医疗领域，如侦察敌情、诊断疾病等。但是，广泛存在的红外光仍没有被充分和有效利用，因此，研究能够充分吸收红外光的吸收体并能将红外光方便应用是十分必要的。
另外，生活中有的时候，太阳光也需要被吸收，比如炎热的夏天，处在户外的人希望利用太阳伞来遮蔽太阳光，或者将吸收的太阳光有效利用。因此，研究能够充分吸收太阳光的吸收体也是很有必要的。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种光吸收体及其制备方法，该光吸收体能够吸收红外光及太阳光。
一种光吸收体，包括多个碳纳米管和多个碳颗粒，所述多个碳纳米管形成一网络状结构，所述多个碳颗粒位于所述网络状结构中。
一种光吸收体的制备方法，其包括以下步骤：提供一光吸收体预制液，所述光吸收体预制液包括一溶剂、多个碳纳米管和多个碳颗粒，所述多个碳纳米管和所述多个碳颗粒位于所述溶剂中，所述多个碳纳米管形成一网络状结构，多个碳颗粒位于所述网络状结构中；以及将所述光吸收体预制液喷涂在一基底上。
与现有技术相比，本发明将碳纳米管和碳颗粒设置在溶剂中形成光吸收体预制液，该光吸收体预制液喷涂在其它物体上，可以形成能够吸收红外光和太阳光的光吸收体。
附图说明
图1为本发明第一实施例中将碳纳米管分散在乙醇溶液中的透射电镜(TEM)照片。
图2为本发明第一实施例中直径为20微米的碳黑粉末的扫描电镜(SEM)照片。
图3为本发明第一实施例中将1克碳黑粉末添加到碳纳米管悬浮液中的光学照片。
图4为本发明第一实施例中将5克碳黑粉末添加到碳纳米管悬浮液中的光学照片。
图5为本发明第一实施例中将7克碳黑粉末添加到碳纳米管悬浮液中的光学照片。
图6为本发明第二实施例中玩具喷涂光吸收体预制液之前的光学照片。
图7为本发明第二实施例中玩具喷涂光吸收体预制液之后的光学照片。
图8为本发明第二实施例中纯碳纳米管分散液喷涂层的SEM照片。
图9为本发明第二实施例中石英基底喷涂所述光吸收体预制液之后的SEM照片。
图10为本发明第二实施例中所述纯碳纳米管分散液喷涂层的SEM照片。
图11为本发明第二实施例中所述光吸收体的SEM照片。
图12为本发明第二实施例中所述纯碳纳米管分散液喷涂层的另一SEM照片。
图13为本发明第二实施例中所述光吸收体的另一SEM照片。
图14为本发明第二实施例中所述光吸收体在可见光波长范围内的反射光谱。
图15为本发明第二实施例中所述光吸收体在近红外波长范围内的反射光谱。
图16为本发明第二实施例中所述光吸收体在中红外波长范围内的反射光谱。
图17为本发明第二实施例中所述光吸收体在入射角为15°时测得的反射光谱。
图18为本发明第二实施例中所述光吸收体在入射角为30°时测得的反射光谱。
图19为本发明第二实施例中所述光吸收体在入射角为45°时测得的反射光谱。
图20为本发明第二实施例中所述光吸收体在入射角为60°时测得的反射光谱。
图21为本发明第二实施例中含有5g碳颗粒的光吸收体(在硅基板上喷涂所述光吸收体预制液)的热像仪照片。
图22为本发明第二实施例中含有5g碳颗粒的光吸收体(在硅基板上喷涂所述光吸收体预制液)暴露在太阳光下的时间-温度曲线图。
图23为本发明第二实施例中在石英基底上喷涂光吸收体预制液之后的光学照片。
图24为本发明第二实施例中红外热像仪捕获的热图像。
图25为本发明第二实施例中水滴落在所述光吸收体表面的光学照片。
图26为本发明第三实施例提供的红外探测器的结构示意图。
图27为本发明第三实施例提供的红外成像仪的结构示意图。
图28为本发明第四实施例提供的红外隐身布料的结构示意图。
图29为本发明第四实施例所述红外隐身布料的光学照片。
图30为本发明第四实施例提供的被红外隐身布料覆盖的手的光学照片。
图31为本发明第四实施例提供的被红外隐身布料覆盖的手的热像照片。
图32为本发明第四实施例提供的红外隐身衣服的结构示意图。
图33为本发明第五实施例提供的太阳能集热器的结构示意图。
图34为本发明第五实施例提供的太阳能热水器的结构示意图。
主要元件符号说明
红外探测器 100
红外光吸收体 110
热电元件 112
电信号检测器 114
红外成像仪 200
红外接收器 210
红外探测器组件 220
信号处理器 230
红外像显示器 240
红外隐身布料 300
布料衬底 310
红外隐身衣服 400
太阳能集热器 500
箱体 502
透明盖板 504
保温材料 506
吸热板 508
基体 5080
涂层 5082
流体通道 5084
太阳能热水器 600
进水管 602
出水管 604
蓄水箱 606
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的光吸收体及其制备方法作进一步的详细说明。
本发明第一实施例提供一种光吸收体预制液，其包括一溶剂、多个碳纳米管和多个碳颗粒。所述多个碳纳米管和多个碳颗粒位于所述溶剂中。所述光吸收体预制液为悬浮溶液。
所述多个碳纳米管在所述溶剂中形成絮状结构，该絮状结构是指多个碳纳米管通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。也即，碳纳米管并非完全分散在溶剂中，而是在溶剂中形成一网络状结构。所述碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。本实施例中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，平均直径为20nm(纳米)。
多个碳颗粒位于所述网络状结构中，每一个碳颗粒插入网络状结构中被多个碳纳米管包围或包覆。具体的，一些碳颗粒的部分表面与碳纳米管直接接触，部分表面暴露在外。所述碳颗粒的种类不限，比如碳黑。
所述溶剂的种类不限，比如有机溶剂。优选的，所述溶剂为易挥发的有机溶剂。
本实施例中，所述光吸收体预制液由所述溶剂、所述多个碳纳米管和所述多个碳颗粒组成，所述碳颗粒为碳黑粉末，所述溶剂为乙醇。
当碳颗粒的质量太少时，利用光吸收体预制液制作的光吸收体的吸收性能较差。当碳颗粒的质量太多时，难以喷涂光吸收体预制液。碳纳米管和碳颗粒的质量比为：碳纳米管：碳颗粒＝4：5至4：70。溶剂的含量可以根据实际进行调整，保证所述光吸收体预制液可以进行喷涂工艺。所述光吸收体预制液中，当溶剂为200mL(毫升)，碳纳米管为0.4g(克)时，碳颗粒的质量为0.5g至7g。本实施例中，乙醇溶剂为200mL，碳纳米管为0.4g，碳颗粒为5g。
本发明第一实施例进一步提供一种所述光吸收体预制液的制备方法，其包括以下步骤：
S11，提供多个碳纳米管；
S12，将所述多个碳纳米管放入所述溶剂中，进行絮化处理，得到碳纳米管悬浮液；以及
S13，将多个碳颗粒放入所述碳纳米管悬浮液中，并混合。
步骤S11中，碳纳米管的制备方法不限，比如，电弧放电法、激光蒸发法、或者化学气相沉积法等。本实施例中，利用化学气相沉积法制备碳纳米管，其包括以下步骤：
S111，在一生长基底上生长一碳纳米管阵列；以及
S112，采用刀片或其它工具将所述碳纳米管阵列从生长基底刮落，获得多个碳纳米管。
步骤S111中，碳纳米管阵列中的多个碳纳米管的长度不限。优选的，碳纳米管的长度大于100μm(微米)。所述多个碳纳米管基本相互平行，并且基本垂直于生长基底的表面。本实施例提供的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种。
本实施例中，碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)提供一平整的生长基底，该生长基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用8英寸的硅基底；(b)在生长基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的生长基底在700℃～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的生长基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500℃～740℃，然后通入碳源气体反应约5分钟～30分钟，生长得到碳纳米管阵列，其高度大于100微米。该碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于生长基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列，由于生成的碳纳米管长度较长，部分碳纳米管可能会相互缠绕。通过上述控制生长条件，该碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。本实施例中，碳源气可选用乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气体可选用氮气、氨气或惰性气体。
步骤S12中，絮化处理可通过采用超声波分散处理或高强度搅拌等方法。优选地，本实施例采用超声波分散10分钟～30分钟。由于碳纳米管具有极大的比表面积，相互缠绕的碳纳米管之间具有较大的范德华力，所述絮化处理并不会将碳纳米管原料中的碳纳米管完全分散在溶剂中，碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，也可称为絮状结构。图1为本实施例中将碳纳米管分散在乙醇溶液中的透射电镜(TEM)照片。由图1可以看出，碳纳米管相互连接形成网络状结构。
步骤S12中，优选的，可以加入分散剂，本实施例中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
步骤S13中，混合的方式不限，本实施例中，采用超声振荡的方式进行混合。图2为本实施例中碳黑粉末的光学照片。
步骤S12和步骤S13中，碳纳米管和碳颗粒的质量比为：碳纳米管：碳颗粒＝4：5至4：70。溶剂的含量可以根据实际进行调整，保证所述光吸收体预制液可以进行喷涂工艺。优选的，溶剂为200mL，碳纳米管为0.4g，碳颗粒为0.5g至7g。
所述光吸收体预制液也可以通过先混合碳纳米管和碳颗粒，然后分散在所述溶剂中的方法制备。
实施例一
在8英寸的硅片上生长高度为285微米的碳纳米管阵列，并将该碳纳米管阵列从硅片上刮下来放入乙醇溶剂中。然后，加入PVP(每200mL乙醇溶剂中添加0.1g PVP)，利用超声细胞破碎仪进行超声絮化处理。最后，加入直径为10μm的碳黑粉末，再进行0.5h(小时)的超声处理，得到稳定的光吸收体预制液。实施例一中，在碳纳米管悬浮液中添加1g碳黑粉末时，碳纳米管和碳黑粉末的聚集效果不明显，如图3所示。在碳纳米管悬浮液中添加5g碳黑粉末时，碳纳米管和碳黑粉末聚集在一起，如图4所示，但仍然可以使用喷枪喷涂该光吸收体预制液，并且喷涂层保持均匀。但是，在碳纳米管悬浮液中添加7g碳黑粉末时，碳纳米管和碳黑粉末的聚集很严重，形成沉淀物沉积在瓶底，与上层液体明显分层，如图5所示。图5中，上层液体透明，这表明其中的碳纳米管含量很低。沉淀物是胶状物质，不能用于喷涂。因此，在200mL乙醇溶剂和0.4g碳纳米管形成的碳纳米管悬浮液中，添加5g碳黑粉末是喷涂的最佳比例。
所述光吸收体预制液及其制备方法具有以下优点：第一、将该光吸收体预制液喷涂在其它物体上，可以形成能够吸收红外光和太阳光的光吸收体；第二、制备方法简单，可以批量生产。
本发明第二实施例提供一种光吸收体，该光吸收体包括多个碳纳米管和多个碳颗粒，所述多个碳纳米管形成一网络状结构，多个碳颗粒位于所述网络状结构中，每一个碳颗粒插入网络状结构中被多个碳纳米管包围或包覆，并且碳颗粒与碳纳米管直接接触。碳纳米管网络状结构将多个碳颗粒连接在一起。
进一步，所述光吸收体也可以包括一基底，该基底用于支撑所述光吸收体。所述基底的种类、形状、厚度等均不限。所述基底可以为石英、聚合物、金属、陶瓷或者布等。所述基底的表面可以为平面、曲面，或者不规则表面。本实施例中，所述基底为石英。
本发明第二实施例进一步提供一种所述光吸收体的制备方法，包括以下步骤：
S21，提供所述光吸收体预制液；以及
S22，将所述光吸收体预制液喷涂在所述基底上。
步骤S21中，所述光吸收体预制液已经在第一实施例进行了详细描述，这里不再赘述。
步骤S22中，喷涂的方式不限，本实施例中，采用喷枪喷涂，喷枪直径为1毫米，载气是压力为0.3Mpa的氮气，有效喷雾范围约为150毫米，溶液消耗量为100毫升/分钟。
进一步，在步骤S22之后，可以采用加热等方式进行干燥，以去除所述溶剂。本实施例中，溶剂为乙醇，喷涂后几分钟内完全干燥，不需要进行任何热处理。
图6为玩具喷涂光吸收体预制液之前的光学照片，图7为玩具喷涂光吸收体预制液之后的光学照片。由图7可以得知，光吸收体预制液可以均匀地被喷涂在不规则表面上。
本实施例中，将所述光吸收体预制液喷涂在石英基底上，形成光吸收体，图8至图23为该光吸收体的性能表征。
图8为纯碳纳米管分散液喷涂层的扫描电镜(SEM)照片，纯碳纳米管分散液是指仅将碳纳米管分散在溶剂中，溶质仅为碳纳米管。图9为石英基底喷涂所述光吸收体预制液之后(光吸收体)的SEM照片。由图8和图9得知，多个碳纳米管有效均匀地附着在多个碳颗粒上，形成一喷涂层。通过碳纳米管的连接作用，多个碳颗粒有缝隙地堆叠，从而使得所述光吸收体具有多个孔，是一多孔结构，提高了光的吸收。
图10为所述纯碳纳米管分散液喷涂层的SEM照片。图10中，纯碳纳米管分散液喷涂层的表面相对平坦，平均表面粗糙度为数十微米。图11为所述光吸收体的SEM照片。图11中，光吸收体的表面保持了纯碳纳米管分散液喷涂层表面的起伏形态，碳颗粒均匀地分布在顶面上。
图12为所述纯碳纳米管分散液喷涂层的另一SEM照片，图13为所述光吸收体的另一SEM照片。由图12和图13可以得知，光吸收体的表面粗糙度大于纯碳纳米管分散液喷涂层的表面粗糙度。
由图10至图13可以得知，碳颗粒的引入增加了光吸收体的表面粗糙度，从而提高了光在所述光吸收体表面的散射和吸收。
图14至图16为所述光吸收体在垂直入射且无偏振的情况下的反射光谱，其中，图14为所述光吸收体在可见光波长范围内(400nm-800nm)的反射光谱，图15为所述光吸收体在近红外波长范围内(800nm-2μm)的反射光谱，图16为所述光吸收体在中红外波长范围内(2μm-20μm)的反射光谱。
由图14至图16可知，在可见光(400nm)至中红外(20μm)的宽光谱范围内，所述光吸收体的反射率随着碳颗粒含量的增加而降低。含有5g碳颗粒的光吸收体，在可见光波长范围内的反射率可达0.075％，在近红外波长范围内的反射率可达0.05％，在中红外波长范围内的反射率可达0.02％。图14至图16中，CNT spray指纯碳纳米管分散液喷涂层，CNT array指碳纳米管阵列，所述光吸收体的反射率低于所述纯碳纳米管分散液喷涂层的反射率，接近所述碳纳米管阵列的反射率。所述光吸收体的反射率低，说明光吸收体具有良好的光吸收性能。
图17至图20为所述光吸收体在入射角为0°至60°时测得的可见光波长范围内的反射光谱，所述入射角是指光线与法线之间的角度，所述法线垂直与光吸收体的表面。其中，图17为所述光吸收体在入射角为15°时测得的反射光谱，图18为所述光吸收体在入射角为30°时测得的反射光谱，图19为所述光吸收体在入射角为45°时测得的反射光谱，图20为所述光吸收体在入射角为60°时测得的反射光谱。由图17至图20可知，入射角不同，光吸收体仍具有大致相同的反射率，说明光吸收体的反射率与入射角无关。这表明所述光吸收体在可见波长范围内具有优异的全向吸收性能。所述“全向吸收”是指，在各个入射角度，所述光吸收体均有较高的吸收率。
图20中，含有5g碳颗粒的光吸收体，在60°入射角的情况下的吸收率超过99.9％，几乎与CNT阵列的吸收率相同。因此，所述光吸收体在400nm至20μm的宽波长范围内实现了99.9％的全向高吸收效率，且与入射角无关。
图21为含有5g碳颗粒的光吸收体(在硅基板上喷涂所述光吸收体预制液)的热像仪照片，图22为含有5g碳颗粒的光吸收体(在硅基板上喷涂所述光吸收体预制液)暴露在太阳光下的时间-温度曲线图，研究所述光吸收体在太阳辐射下的升温行为。太阳仿真器用作辐射源，标准功率密度为1000W/m2，光吸收体的温度由中红外热像仪监控。图21中，一开始无法将样品与周围环境区分开，0.5s(秒)后，样品会吸收太阳光，温度开始升高，此时可以清楚地从周围环境中分辨样品，随着时间的增加，样品的温度会升高，直到温度保持稳定。图22显示了由热像仪记录的样品的温度随时间的变化，其中以纯碳纳米管分散液喷涂层和硅基板为对比，从升温速度和平衡温度的角度来看，含有5g碳颗粒的光吸收体最优。
图23为在石英基底上喷涂光吸收体预制液之后的光学照片，图24为在太阳仿真系统的照射下，红外热像仪捕获的热图像。由图23和图24可以得知，所述光吸收体可以吸收太阳光，并且可以收集太阳光的热量。图21至图24表明所述光吸收体具有良好的太阳集热性能。
图25为水滴落在所述光吸收体表面的光学照片。由图25得知，含有5g碳颗粒的光吸收体与水滴的接触角达到165°，并且水滴容易滚落，说明所述光吸收体具有优异的超疏水特性，并且润湿性能可以保持稳定而不损害光吸收体的表面。当水滴从光吸收体的表面滑落时，灰尘和污垢会随水滴的携带而去除，表明所述光吸收体具有良好的自清洁性能。
所述光吸收体及其制备方法具有以下优点：第一、可以在弯曲、不规则形状或不平坦的表面上实施喷涂工艺；第二、所述光吸收体由碳纳米管和碳颗粒组成，也就是仅由碳材料形成，可以避免其它材料对吸收太阳光和红外光的影响；第三、碳颗粒的引入提高了光吸收体的表面粗糙度，提高了光的吸收率；第四、所述光吸收体仅由碳材料形成，从而在宽波长范围内(400nm-20μm)具有良好的吸收性能，吸收率达99.9％；第五、在宽波长范围内(400nm-20μm)可以对光全向吸收，且与入射角无关；第六、所述光吸收体具有优异的超疏水特性和良好的自清洁性能。
请参见图26，本发明第三实施例提供一种红外探测器100，该红外探测器100包括一红外光吸收体110，一热电元件112和一电信号检测器114。所述红外光吸收体110设置于所述热电元件112上，并与所述热电元件112直接接触设置。所述热电元件112与所述红外光吸收体110层叠设置时，所述红外光吸收体110中碳纳米管的长度延伸方向平行于热电元件112与红外光吸收体110的接触面。所述电信号检测器114与所述热电元件112通过导线电连接，所述电信号检测器114与所述热电元件112串联形成一回路，用于检测所述热电元件112的电学信号变化。
所述红外光吸收体110是将所述光吸收体预制液喷涂到所述热电元件112上形成，也就是说，所述红外光吸收体110具有与所述光吸收体相同的结构和性能，这里不再赘述。
所述红外光吸收体110在吸收红外光后自身温度升高，又由于碳纳米管的导热系数高，因此红外光吸收体110能够将热量传递给所述热电元件112。当所述热电元件112吸收热量后，该热电元件112的温度升高，使得该热电元件112的电学性能发生改变。
所述热电元件112可为热释电元件、热敏电阻或热电偶元件等。具体地，所述热释电元件为高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、铌酸锂、硫酸三甘钛等。所述热敏电阻可为半导体热敏电阻、金属热敏电阻、合金热敏电阻等。本实施例中，所述热电元件112为锆钛酸铅系陶瓷。
由于所述电信号检测器114用于检测所述热电元件112的电学信号的改变，因此所述电信号检测器114的种类根据热电元件112的不同而不同。在一实施例中，所述热电元件112为热释电元件，该热释电元件的温度升高使热释电元件的两端出现电压或产生电流，这时，所述电信号检测器114可为电流-电压变换器，该电流-电压变换器与热释电元件串联形成回路，即可检测出所述热释电元件的电压或电流的变化。在另一实施例中，所述热电元件112为热敏电阻，该热敏电阻的温度升高，电阻发生改变，这时，所述电信号检测器114包括一电源和一电流检测器，该电源、电流检测器与热敏电阻串联形成回路，通过电流检测器测量得到电流的变化，用以检测出热敏电阻的电阻改变。在另一实施例中，所述热电元件112为热电偶，将所述红外光吸收体110设置在热电偶的一端，热电偶的两端出现温度差，即会在热电偶的两端出现电势差，这时，所述电信号检测器114可为一电压检测器，该电压检测器与热电偶串联形成回路，即可检测出所述热电偶的电势变化。
所述红外探测器100的工作过程为：红外光辐射至所述红外光吸收体110(即所述光吸收体)上，所述光吸收体吸收红外光并将所吸收的红外光转化为热量；该热量被传递给所述热电元件112；所述热电元件112吸收热量后温度升高，导致热电元件112的电阻、电流或电压等电学性能发生变化，当所述电信号检测器114与热电元件112的两端电连接形成回路时，该电信号检测器114能够检测出热电元件112的电学信号发生改变，从而检测出探测区域内存在红外光。
本发明第三实施例提供的红外探测器100具有以下优点：第一、所述红外光吸收体110对波长在2μm-20μm的近红外至中红外光具有良好的吸收效果，提高了所述热电元件112的响应度和灵敏度，从而使得所述红外探测器100具有较高的灵敏度；第二、所述红外光吸收体110不仅具有全向吸收性能，而且与偏振无关，扩大了红外探测器100的使用范围。
请参见图27，本发明第三实施例进一步提供一种红外成像仪200，该红外成像仪200包括一红外接收器210、一红外探测器组件220、一信号处理器230及一红外像显示器240。所述红外接收器210用于接收红外辐射光谱并将红外光传递至所述红外探测器组件220；所述红外探测器组件220用于将红外辐射光谱转化为电学信号，并将电学信号传递至所述信号处理器230；所述信号处理器230用于对电学信号进行处理计算得到热场分布数据；所述红外像显示器240根据热场分布数据显示红外热像图。
所述红外接收器210用于接收物体发射的红外辐射光谱，也即物体所发射的红外光。进一步，所述红外接收器210还可汇聚所述红外辐射光谱。本实施例中，所述红外接收器210为红外镜头。具体地，物体发射的红外辐射光谱经红外镜头接收和汇聚后，直接被传递至所述红外探测器组件220。可以理解，所述红外接收器210也可以省略。
所述红外探测器组件220包括多个第三实施例中的红外探测器100，该多个红外探测器100呈二维阵列式均匀分布，且每个红外探测器100均可将红外辐射光谱转化为电学信号变化。可以理解，每个红外探测器100相当于一个像素点，每个红外探测器100将所在位置的红外辐射光谱转化为电学信号，从而实现所述红外探测器组件220对物体发射的红外辐射光谱的探测。任意相邻的两个红外探测器100的间距可以根据热成像的分辨率要求进行选择。
所述信号处理器230用于对每个红外探测器100的电学信号进行处理计算，从而得到物体的热场分布情况。具体地，所述信号处理器230根据每个红外探测器100的电学信号变化计算其对应的物体表面位置的温度数据。即，所述信号处理器230根据电学信号可计算出物体的热场分布数据。
所述红外像显示器240用于显示被测物体的红外热像图。所述红外像显示器240的红外热像图是根据物体的热场分布数据显示的，不同的温度采用不同的颜色显示。因此，所述红外像显示器240显示的红外热像图与物体的温度分布相对应，用于反映物体各个位置的温度情况。例如，当红外成像仪200用于医学领域时，可以对人体进行全身热成像，专业医生可根据热像图判断出人体不同部位的疾病性质和病变的程度，为临床诊断提供依据。
所述红外成像仪200在工作时，物体发出的红外光被所述红外接收器210接收；所述红外接收器210将红外光接收并汇聚后，再将红外光传递至所述红外探测器组件220；所述红外探测器组件220将红外光转化为电学信号，再将电学信号传递给所述信号处理器230；所述信号处理器230对电学信号进行处理计算从而得到物体的各个位置的温度数据，即物体的热场分布数据；所述红外像显示器240再根据计算得到的热场分布数据显示出物体的红外热像图。
本发明第三实施例提供的红外成像仪200具有以下优点：第一、所述红外光吸收体110对波长在2μm-20μm的近红外至中红外光具有良好的吸收效果，提高了所述热电元件112的响应度和灵敏度，从而使得所述红外成像仪200具有较高的灵敏度；第二、所述红外光吸收体110不仅具有全向吸收性能，而且与偏振无关，扩大了红外成像仪200的使用范围。
请参见图28，本发明第四实施例提供一种红外隐身布料300，该红外隐身布料300包括一布料衬底310和设置在该布料衬底310上的所述红外光吸收体110。所述红外隐身布料300是将所述光吸收体预制液喷涂在布料衬底310上形成，因此所述红外光吸收体110具有与所述光吸收体相同的材料、结构及性能，这里不再赘述。所述红外光吸收体110也可以设置在两个布料衬底310之间，形成三明治结构。所述多个碳纳米管平行于所述红外光吸收体110靠近所述布料衬底310的表面。
所述布料衬底310具有一通孔，以至于所述红外光吸收体110悬空设置在所述布料衬底310上。所述布料衬底310的材料不限，可以为绝缘材料，也可以为导电体，可以为柔性材料，也可以为非柔性材料。本实施例中，所述布料衬底310的材料不限，比如棉、涤纶、丝绸、呢绒、麻、皮革等。另一实施例中，所述红外光吸收体110被缝制在两层布料之间。
图29为所述红外隐身布料300的光学照片，可以得知，所述红外隐身布料300具有良好的柔软性。所述红外隐身布料300具有3×10-6g/mm2的低密度，超轻，可以应用于太空或军事领域中。
图30为所述红外隐身布料300隐身效果测试的光学照片，图31为红外热像仪对覆盖有红外隐身布料300的手所捕获的热像照片。由图30和图31可知，当所述红外隐身布料300覆盖手时，该手所发出的红外均被红外隐身布料300吸收，不会穿过红外隐身布料300被其它红外探测系统所检测到。因此，所述红外隐身布料300具有良好的隐身效果。
请参见图32，本发明第四实施例进一步提供一种红外隐身衣服400，该红外隐身衣服400至少部分是由所述红外隐身布料300制成。也即，所述红外隐身衣服400可以全部由所述红外隐身布料300制成，也可以部分由所述红外隐身布料300制成。所述红外隐身衣服400也不仅限于衣服，可以为手套、口罩等，这些衣服、手套、口罩可以统称为红外隐身服装。所述红外隐身服装包括一衣服本体，该衣服本体的至少部分布料为所述的红外隐身布料300。
本发明第四实施例提供的红外隐身布料300和红外隐身衣服400具有以下优点：第一、所述红外光吸收体110对波长在2μm-20μm的近红外至中红外光具有良好的吸收效果，提高了所述红外隐身布料300和红外隐身衣服400的隐身效果；第二、所述红外光吸收体110不仅具有全向吸收性能，而且与偏振无关，扩大了红外隐身布料300和红外隐身衣服400的使用范围，也进一步提高了它们的隐身效果。
由于红外隐身布料300中的红外光吸收体110(即所述光吸收体)对太阳光有很好的吸收性能，因此，红外隐身布料300也可以制备成太阳伞等遮阳工具。
请参见图33，本发明第五实施例提供一种太阳能集热器500，其包括一箱体502、一透明盖板504、一保温材料506和一吸热板508。所述箱体502具有一开口，优选的，该开口设置于所述箱体502的顶部。所述透明盖板504设置在所述箱体502的开口处或者覆盖所述开口，从而使太阳光穿过该透明盖板504而进入箱体502内。所述保温材料506设置在所述箱体502的内部并形成一保温空间。优选的，所述保温材料506设置在所述箱体502的内侧面，从而使得所述保温空间位于箱体502的内部。所述吸热板508位于所述保温空间内，所述吸热板508包括多个流体通道5084，以便于水等流体通过。
所述吸热板508包括一基体5080和一涂层5082，所述基体5080的表面设置所述涂层5082，该涂层5082就是第二实施例中的光吸收体，二者具有相同的结构和性能。也就是说，所述涂层5082包括多个碳纳米管和多个碳颗粒，所述多个碳纳米管形成一网络状结构，多个碳颗粒位于所述网络状结构中，每一个碳颗粒插入网络状结构中被多个碳纳米管包围或包覆，并且碳颗粒与碳纳米管直接接触。碳纳米管网络状结构将多个碳颗粒连接在一起。所述涂层5082可以设置在所述基体5080的整个表面，或者设置在所述基体5080靠近透明盖板的表面，并且与所述基体5080直接接触。将所述光吸收体预制液喷涂在所述基体5080上，就可以形成所述涂层5082。所述基体5080包括所述多个流体通道5084。
所述箱体502的材料不限，优选的，所述箱体502的材料为金属。所述透明盖板504可以选择高透光率的材料制成，本实施例中，所述透明盖板504为玻璃盖板。所述保温材料506可以为石棉、泡沫等。所述基体5080的材料不限，比如金属、碳纳米管膜、石英、二氧化硅等，本实施例中，所述基体5080的材料为金属。
可以理解，所述太阳能集热器500还包括一些零部件，将上述各个元件紧固在一起，这些零部件包括螺丝、螺母等。
太阳光透过透明盖板504照射到吸热板508上，太阳辐射能被吸热板508吸收，转化为热能，并传向所述流体通道5084中的流体，并将该流体加热。
请参见图34，本发明第五实施例进一步提供一种太阳能热水器600，其包括所述太阳能集热器500、一进水管602、一出水管604和一蓄水箱606。所述进水管602与所述流体通道5084的一端连接，所述出水管604与流体通道5084的另一端连接。所述出水管604的一端与流体通道5084连接，另一端与蓄水箱606连接。水等流体从进水管602流入流体通道5084后从出水管604流出，并流入到蓄水箱606中。本实施例中，所述基体5080包括多个流体通道5084，每一个流体通道5084的一端与进水管602连接，每一个流体通道5084的另一端与出水管604连接。
所述蓄水箱606进一步包括一出口(图未示)，可以使蓄水箱606中的水从该出口流出。
进一步，所述出水管604和所述蓄水箱606均可以设置一保温层，对流经出水管604、蓄水箱606中的温水或热水进行保温。所述保温层的材料与所述保温材料506相同。
所述太阳能热水器600的工作过程：太阳光透过透明盖板504照射到吸热板508上，太阳辐射能被吸热板508吸收，转化为热能，并传向所述流体通道5084。这样，从进水管602进入的冷水，在流体通道5084中太阳能加热，温度逐渐升高成为温水或热水，温水或热水从所述出水管604流入蓄水箱606中待用。
所述太阳能集热器500和所述太阳能热水器600具有以下优点：第一、由于所述涂层5082对光全向吸收，可以提高集热性能，也即提高吸热率，减少太阳光的热损失；第二、所述涂层5082具有优异的超疏水特性和良好的自清洁性能，延长了所述太阳能集热器500和所述太阳能热水器600的使用寿命。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种光吸收体，包括多个碳纳米管，其特征在于，所述光吸收体进一步包括多个碳颗粒，所述多个碳纳米管形成一网络状结构，所述多个碳颗粒位于所述网络状结构中，并且所述碳纳米管和所述碳颗粒的质量比为4：5至4：70。
2.如权利要求1所述的光吸收体，其特征在于，每一个碳颗粒插入所述网络状结构中被多个碳纳米管包围。
3.如权利要求1所述的光吸收体，其特征在于，所述碳颗粒与所述碳纳米管直接接触。
4.如权利要求1所述的光吸收体，其特征在于，所述光吸收体进一步包括一基底，所述碳纳米管和所述碳颗粒位于该基底的表面，该基底的表面为平面、曲面，或者所述基底具有一不规则表面。
5.如权利要求1所述的光吸收体，其特征在于，所述光吸收体由碳纳米管和碳颗粒组成。
6.如权利要求1所述的光吸收体，其特征在于，所述光吸收体在400nm至20μm的波长范围内的吸收效率为99.9％，且与入射角无关。
7.一种光吸收体的制备方法，其包括以下步骤：
提供一光吸收体预制液，所述光吸收体预制液包括一溶剂、多个碳纳米管和多个碳颗粒，所述多个碳纳米管和所述多个碳颗粒位于所述溶剂中，所述多个碳纳米管形成一网络状结构，多个碳颗粒位于所述网络状结构中，所述碳纳米管和所述碳颗粒的质量比为4：5至4：70；以及
将所述光吸收体预制液喷涂在一基底上。
8.如权利要求7所述的光吸收体的制备方法，其特征在于，所述光吸收体预制液的制备方法包括以下步骤：
将所述多个碳纳米管放入所述溶剂中，进行絮化处理，得到碳纳米管悬浮液；以及
将所述碳颗粒放入所述碳纳米管悬浮液中，并混合。
9.如权利要求7所述的光吸收体的制备方法，其特征在于，所述多个碳纳米管的制备方法包括以下步骤：
在一生长基底上生长一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的高度大于100微米；以及
将所述碳纳米管阵列从所述生长基底上刮落，获得多个碳纳米管。
10.如权利要求7所述的光吸收体的制备方法，其特征在于，所述光吸收体预制液由乙醇、多个碳纳米管和多个碳颗粒组成。
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