專利名稱：一種光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及一種光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法，屬于功能材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)背景:光熱轉(zhuǎn)換流體在太陽能利用、腫瘤光熱治療、控制釋放等方面有重要應用前景。太陽光譜中近紅外波段的能量約占總能量的一半。利用光熱轉(zhuǎn)換流體作為太陽能集熱器的工作液，可以增加對近紅外波段太陽光的吸收和熱量轉(zhuǎn)化，相對于用單純的傳熱液體介質(zhì)作為工作液時，可以顯著提高太陽能利用率，在相同照射強度和相同的流量下，光熱轉(zhuǎn)換流體具有更高的溫升。光熱治療的治療原理是基于光熱轉(zhuǎn)換材料對激光產(chǎn)生強烈吸收，將激光的能量高效地轉(zhuǎn)化為熱量，使腫瘤細胞溫度升高，從而殺死腫瘤細胞。由于近紅外光(700-1 IOOnm)可以高效地穿透人體組織，作為腫瘤治療的光熱轉(zhuǎn)換材料，必須對近紅外波長的激光產(chǎn)生最大吸收峰，并且能將激光的能量高效地轉(zhuǎn)換成熱能。光熱轉(zhuǎn)換流體用于光熱治療時，光熱轉(zhuǎn)換材料通過流體輸運到病灶，附著在腫瘤細胞上，通過近紅外激光穿透人體組織，照射光熱轉(zhuǎn)換材料使其升溫，從而殺死腫瘤細胞。光熱轉(zhuǎn)換流體還可以通過光熱轉(zhuǎn)換材料負載藥物，通過流體輸送到目標地點，再用近紅外激光照射使光熱轉(zhuǎn)換材料發(fā)熱膨脹，從而釋放藥物，達到控制釋放的目的?，F(xiàn)有技術(shù)中采用的光熱轉(zhuǎn)換材料主要是貴金屬，尤其是金納米顆粒最為普遍，利用其表面等離子體共振效應，將近紅外光的能量轉(zhuǎn)化為熱量。當然，采用貴金屬作為光熱轉(zhuǎn)換材料，其生產(chǎn)成本是主要制約因素之一。最新研究表明，某些半導體材料也具有光熱轉(zhuǎn)換特性。一般來說，半導體受其能帶寬度的制約，吸收波段主要在紫外光和可見光區(qū)域。但是，當半導體材料中含有過渡金屬元素時，由于其外層電子能級中具有一定數(shù)量的空軌道，給電子躍遷提供了可能，而這種電子躍遷所需的能量較小，可以通過吸收近紅外光的能量來激發(fā)。我們在研究中發(fā)現(xiàn)，硫化銅、硫化銀銅、硫化銦銅等均具有光熱轉(zhuǎn)換特性。相對于貴金屬光熱轉(zhuǎn)換材料而言，半導體光熱轉(zhuǎn)換材料在成本上具有優(yōu)勢。另一方面，相對于實心結(jié)構(gòu)而言，中空結(jié)構(gòu)的光吸收和光熱轉(zhuǎn)換效率均有增強。當近紅外光的光子進入到中空結(jié)構(gòu)的空腔內(nèi)部時，由于空腔 效應，光子將會在其中發(fā)生多次反射直到被完全吸收，從而提高了光吸收和光熱轉(zhuǎn)換效率。采用半導體中空結(jié)構(gòu)來制備光熱轉(zhuǎn)換材料還可以提高流體的穩(wěn)定性。由于絕大多數(shù)的半導體材料其密度都高于常見的傳熱介質(zhì)如水、乙二醇等，因而實心顆粒分散到液相后容易發(fā)生沉降。而中空結(jié)構(gòu)的表觀密度比實心顆粒顯著下降，容易獲得懸浮穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換流體。在某些情況下，也可以通過多種液相傳熱介質(zhì)混合以改變流體密度，從而提高其懸浮穩(wěn)定性。本發(fā)明采用半導體材料來制備光熱轉(zhuǎn)換流體，相對于貴金屬而言，明顯節(jié)約成本。本發(fā)明采用中空結(jié)構(gòu)來制備光熱轉(zhuǎn)換流體，相對于實心顆粒而言，不僅可以增強對近紅外光的吸收和光熱轉(zhuǎn)換效率，還有利于獲得懸浮穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換流體。發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明制備光熱轉(zhuǎn)換流體的方法包括以下步驟:將具有近紅外光熱轉(zhuǎn)換特性的半導體材料中空結(jié)構(gòu)分散到液相傳熱介質(zhì)中，形成對近紅外波段響應的光熱轉(zhuǎn)換流體。該方法適用性廣泛、條件溫和、工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。所得光熱轉(zhuǎn)換流體在太陽能利用、腫瘤光熱治療、控制釋放等方面具有良好的推廣應用前景。具體實施方法:下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1:將0.1克外徑為900納米，壁厚為200納米的硫化銅空心球加入到100毫升蒸餾水中，超聲分散形成光熱轉(zhuǎn)換流體。用一束波長為1064納米，強度為0.05W ^nT2的激光照射一滴體積為10微升的上述光熱轉(zhuǎn)換流體，一分鐘內(nèi)流體溫度從26.8°C上升到33.1°C，比蒸餾水提高10%。實施例2:將0.1克外徑為I微米，壁厚為250納米的硫化銦銅空心球加入到100毫升蒸餾水中，超聲分散形成光熱轉(zhuǎn)換流體。用一束波長為1064納米，強度為0.05W ^nT2的激光照射一滴體積為10微升的上述光熱轉(zhuǎn)換流體，一分鐘內(nèi)流體溫度從26.8°C上升到34.40C，比蒸懼水提聞30%。
權(quán)利要求
1.一種光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法，其特征是將具有近紅外光熱轉(zhuǎn)換特性的半導體材料中空結(jié)構(gòu)分散到液相傳熱介質(zhì)中，形成對近紅外波段響應的光熱轉(zhuǎn)換流體。
2.如權(quán)利要求1所述的光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法，其特征在于:所述的半導體材料包括硫化銅、硫化銀銅、硫化銦銅等化合物。
3.如權(quán)利要求1所述的光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法，其特征在于:所述的中空結(jié)構(gòu)可以是球形、方形等幾何形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法，其特征在于:所述的中空結(jié)構(gòu)的空腔尺寸為50納米到1000納米，殼厚為20納米到500納米。
5.如權(quán)利要求1所述的光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法，其特征在于:所述的中空結(jié)構(gòu)由納米顆粒組裝而成。
6.如權(quán)利要求1所述的光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法，其特征在于:所述的液相傳熱介質(zhì)為水、乙二醇、丙二醇中的一種或多種混合而成。
7.如權(quán)利要求1所述的光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法，其特征在于:所述的光熱轉(zhuǎn)換流體中半導體材料中空結(jié)構(gòu)的質(zhì)量占流體質(zhì)量的0.01%到10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及功能材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域中的一種光熱轉(zhuǎn)換流體及其制備方法。將具有近紅外光熱轉(zhuǎn)換特性的半導體材料中空結(jié)構(gòu)分散到液相傳熱介質(zhì)中，形成對近紅外波段響應的光熱轉(zhuǎn)換流體。該方法適用性廣泛、條件溫和、工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。所制備的光熱轉(zhuǎn)換流體在太陽能利用、腫瘤光熱治療、控制釋放等方面具有良好的推廣應用前景。
文檔編號C09K5/10GK103113856SQ20131004659
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者朱海濤, 段金鳳, 徐步鋒, 吳大雄, 張燦英 申請人:青島科技大學