一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器及其制备方法
阅读说明：本技术 一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器及其制备方法 (Evaporator with double-sided arched flexible carbon film and preparation method thereof ) 是由 王成兵 石国良 许珂圆 王勇 严鑫悦 穆雪阳 马苗苗 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器及其制备方法,包括双面拱形柔性碳膜材料,所述双面拱形柔性碳膜材料由长有Cu-BTC的碳布煅烧得到；将制得的双面拱形柔性碳膜材料的两端固定在底座上,双面拱形柔性碳膜材料最高点距离底座端面0.1cm-0.5cm即得蒸发器,本发明蒸发器能有效、高效地从无处不在的太阳能和自然蒸发过程中获取能量,同时产生淡水和电力,这为同时解决淡水资源短缺和能源问题提供了新的途径。(The invention provides an evaporator with a double-sided arched flexible carbon film and a preparation method thereof, wherein the evaporator comprises a double-sided arched flexible carbon film material, and the double-sided arched flexible carbon film material is obtained by calcining carbon cloth with Cu-BTC; the evaporator can effectively and efficiently obtain energy from ubiquitous solar energy and natural evaporation processes, and simultaneously generate fresh water and electric power, thereby providing a new way for solving the problems of fresh water resource shortage and energy sources.)
技术领域
本发明属于太阳能界面蒸发技术领域，具体属于一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器及其制备方法。
背景技术
随着工业化进程的加快，水资源短缺已成为全球最重要的挑战之一。为此，人们采用了各种方法来生产淡水，但它们中的大多数都因使用化石燃料而遭受环境可持续性问题的困扰。近年来，利用太阳能作为驱动能源，在蒸发器与散装水界面进行海水淡化获取可饮用的淡水，被认为是缓解水危机的一种可观的、可持续的手段。与传统的太阳能蒸发需要加热大量的水不同，太阳能驱动的界面蒸发(SIE)可以借助光热材料实现热定位，提高太阳能的利用率。因此,SIE被广泛认为是一种环境友好且高效的海水淡化方式。
目前SIE技术是将具有高光吸收率的材料，一般有金属，半导体，聚合物以及碳基材料等作为顶层的光吸收体，此外，底部一般会采用一些泡沫材料，以达到支撑光吸收体的漂浮的作用，同时避免蒸发体与散装水的直接接触从而减少热损失。这些太阳能蒸发器的工作原理为顶部光吸收体接收阳光后，将太阳能转化为热能，同时底部海水通过蒸发体的多孔结构被输送至界面处，利用热能实现海水-蒸汽的转换，蒸汽在冷凝器壁上完成冷凝作用，最后收集到淡水的过程。然而，目前大多数的SIE结构存在许多问题，例如：(1)蒸发器的孔径过大，不可避免的会造成水运输过多的结果，这样就会存在多余的水被加热，消耗过多能量，从而降低光热转换效率；(2)很多SIE结构仅有单面蒸发，这也降低了光热转换效率；(3)同时，目前的SIE蒸发器在工作过程中不可避免地会有盐积累现象，这会大大损害界面蒸发器的蒸发性能。
发明内容
为了解决界面蒸发结构存在结构单一，光热转换效率低，阻盐性能差，耐久性差的问题，本发明提供一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器及其制备方法，能有效、高效地从无处不在的太阳能和自然蒸发过程中获取能量，同时产生淡水和电力，这为同时解决淡水资源短缺和能源问题提供了新的途径。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器，包括双面拱形柔性碳膜材料，所述双面拱形柔性碳膜材料由长有Cu-BTC的碳布煅烧得到。
进一步的，还包括底座，所述双面拱形柔性碳膜材料的两端固定在底座上，所述双面拱形柔性碳膜材料最高点距离底座端面0.1cm-0.5cm。
进一步的，在正常太阳光下，每2×1.6cm的双面拱形柔性碳膜材料可以产生81mV的电压。
本发明还提供一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器的制备方法，具体步骤如下：
S1将两面均镀有铜的镀铜碳布进行放入含有NaOH和过硫酸铵的混合溶液中浸泡得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布；
S2将生长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，得到长有Cu-BTC的碳布；
S3对长有Cu-BTC的碳布进行煅烧得到双面拱形柔性碳膜材料；
S4将双面拱形柔性碳膜材料两端固定在底座上，即为一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器。
进一步的，步骤S1中，通过磁控溅射得到两面均镀有铜的镀铜碳布，具体为：在氩气氛围下，使用高纯度的铜靶在65W-70W的功率条件下溅射30min，使铜均匀地沉积在碳布一面；重复以上步骤，在碳布的另一面沉积铜。
进一步的，步骤S1中，使用前依次用丙酮，乙醇和去离子水对镀铜碳布进行洗涤，在空气中干燥。
进一步的，步骤S1中，将镀铜碳布在室温条件下浸入含有700mM-800mM NaOH和26mM-30mM过硫酸铵的混合溶液中，浸泡5min-10min，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
进一步的，步骤S2中，将生长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30-40min，得到长有Cu-BTC的碳布。
进一步的，步骤S3中，所述煅烧在管式炉中进行，先通氩气20min，然后以1-3℃/min-1的升温速率，使长有Cu-BTC的碳布在800-1000℃的温度下加热1h-3h，得到双面拱形柔性碳膜材料。
进一步的，所述底座为聚苯乙烯泡沫，在聚苯乙烯泡沫上开设两个插孔，将双面拱形柔性碳膜材料的两端分别插入插孔中。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供了一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器，采用双面拱形柔性碳膜使得蒸发器在工作过程中存在双面蒸发，同时，蒸发器使用时双面拱形柔性碳膜只有两端接触到底座底部的散装水，减少了热损失，从而提高了热转换效率。其次，双面拱形柔性碳膜由大量的黑色超亲水纳米颗粒组成，这些纳米颗粒之间的通道可以产生强毛细作用，将水限制在颗粒中而不是碳布的孔道，这就在很大程度上减少了多余的热损失。实验数据表明蒸发器在一个太阳光照射下实现了3.2kg m-2h-1的高蒸发速率。
本发明的蒸发器得益于双面拱形柔性碳膜出色的毛细作用和强大的抽水能力，盐分即使在长时间日照后在双面拱形柔性碳膜表面有少量盐分沉积，经过夜晚的盐分扩散对流，最终不会有任何盐分聚集。最后，除了具有高效的太阳能脱盐性能，具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器还产生了可观的电力驱动的水蒸发。
综上，具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器能有效、高效地从无处不在的太阳能和自然蒸发过程中获取能量，同时产生淡水和电力，这为同时解决淡水资源短缺和能源问题提供了新的途径。
附图说明
图1为碳布、长有Cu(OH)2纳米线的碳布和长有Cu-BTC的碳布的SEM图，其中(a)为碳布，(b)为长有Cu(OH)2纳米线的碳布、(c)为长有Cu-BTC的碳布的SEM图；
图2为不同温度煅烧得到的双面拱形柔性碳膜材料的SEM图；
图3不同处理工艺后的蒸汽实验质量变化；
图4不同高度双面碳膜拱形蒸发器的蒸发速率；
图5一个太阳照射下拱形碳膜的电压。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明提供了一种具有双面拱形柔性碳膜的蒸发器的制备方法，具体步骤如下：
1.双面拱形柔性碳膜的制备
(1)首先将碳布切成所需尺寸(例如2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为65-70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入NaOH(700-800mM)和过硫酸铵(26-30mM)的水溶液中混合溶液中浸泡5-10min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置均苯三甲酸乙醇混合液，其中含有102-106mM H3BTC乙醇溶液，18mL去离子水，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30-40min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以1-3℃/min-1的升温速率，使样品在800-1000℃的温度下煅烧1-3h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.1-0.5cm，之后进行后续蒸发性能测试。
实施例1
1.双面拱形柔性碳膜的制备
(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为65W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有700mM NaOH和26M的过硫酸铵的混合水溶液中浸泡5min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置102mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以1℃/min-1的升温速率，使样品在700℃的温度下煅烧1h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.1cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为2.24kg m-2h-1。
实施例2
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有750mM NaOH和28mM过硫酸铵)的水溶液中浸泡8min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置102mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以1℃/min-1的升温速率，使样品在800℃的温度下煅烧1h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.2cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为2.67kg m-2h-1。
实施例3
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有800mM NaOH和30mM过硫酸铵的水溶液中浸泡10min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置104mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以2℃/min-1的升温速率，使样品在800℃的温度下煅烧1h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.3cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为3kg m-2h-1。
实施例4
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有750mM NaOH和28mM过硫酸铵的水溶液中浸泡5min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置106mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长35min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以3℃/min-1的升温速率，使样品在900℃的温度下煅烧1h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.4cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为2.5kg m-2h-1。
实施例5
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有750mM NaOH和28mM过硫酸铵的水溶液中浸泡5min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置106mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长40min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以2℃/min-1的升温速率，使样品在1000℃的温度下煅烧2h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.4cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为2.42kg m-2h-1。
实施例6
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有750mM NaOH和28mM过硫酸铵的水溶液中浸泡5min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置106mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以2℃/min-1的升温速率，使样品在1000℃的温度下煅烧3h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.4cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为2.6kg m-2h-1。
实施例7
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有750mM NaOH和28mM过硫酸铵的水溶液中浸泡5min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置106mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以2℃/min-1的升温速率，使样品在1000℃的温度下煅烧1h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.5cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为2.49kg m-2h-1。
实施例8
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有750mM NaOH和28mM过硫酸铵的水溶液中浸泡10min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置106mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以2℃/min-1的升温速率，使样品在1000℃的温度下煅烧2h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.3cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为3.1kg m-2h-1。
实施例9
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有750mM NaOH和28mM过硫酸铵的水溶液中浸泡5min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置106mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以2℃/min-1的升温速率，使样品在900℃的温度下煅烧2h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.3cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为3.18kg m-2h-1。
实施例10
1.双面拱形柔性碳膜的制备(1)首先将碳布切成所需尺寸(2*3cm)，然后用丙酮，乙醇溶液和去离子水依次洗涤10min以清洁碳布。
(2)在空气中干燥后，将碳布放入磁控溅射系统(560C)中。以直流电源作为溅射源，依次通过机械泵和分子泵将溅射室的真空度抽到9.0×10-4Pa，然后通入氩气(100sccm)，并将真空室中的压力调整为0.6Pa。溅射过程使用高纯度的铜靶(99.9％)，溅射前预溅射15min以清除铜表面的氧化物。之后在氩气流量为且功率为70W的条件下溅射30min，使得溅射的铜均匀地沉积在碳纤维上。然后换碳布另一面，重复以上步骤，使碳布两面都覆盖均匀的铜，得到两面均镀有铜的镀铜碳布。
(3)依次用丙酮，乙醇和去离子水洗涤所得的镀铜碳布，在空气中干燥。然后，将镀铜碳布在室温下放入含有750mM NaOH和28mM过硫酸铵的水溶液中浸泡8min以生长Cu(OH)2纳米线。之后用去离子水冲洗长有Cu(OH)2纳米线的碳布，并在室温下干燥，得到生长有Cu(OH)2纳米线的碳布。
(4)配置106mM的均苯三甲酸乙醇混合液，向其中加入去离子水18mL，将长有Cu(OH)2纳米线的碳布浸入均苯三甲酸乙醇混合液中，在室温下生长30min，得到长有Cu-BTC的碳布，然后将所得样品用乙醇彻底冲洗，室温下干燥。
(5)将长有Cu-BTC的碳布置于管式炉中，先通氩气20min，然后以2℃/min-1的升温速率，使样品在900℃的温度下煅烧2h，得到有超亲水碳膜覆盖的碳布，即为双面拱形柔性碳膜材料。
2.组装蒸发器
将聚苯乙烯泡沫剪成直径为5cm的圆形，将所得到的有超亲水碳膜覆盖的碳布插入预先剪好的2*2cm的空间中，并且使得双面拱形柔性碳膜材料最高点距离聚苯乙烯泡沫0.3cm，之后进行后续蒸发性能测试，蒸发速率为3.24kg m-2h-1。
如图1所示用扫描电镜(SEM)观察了合成各阶段样品的形貌，图1(b)中，在对碳布上的Cu层氧化后，形成垂直于碳布表面的Cu(OH)2纳米线，平均直径约为200nm。然后将长有Cu(OH)2纳米线的碳布置于乙醇/去离子水溶液中，在H3BTC的辅助下，Cu(OH)2纳米线的表面提供了Cu2+离子以生成Cu-BTC MOF，其中H3BTC诱导Cu(OH)2转变为具有均匀多面体结构的MOF，如图1(c)所示。
图2是在不同温度(分别为700℃,800℃,900℃,1000℃)下碳化后的Cu-BTC-碳布的SEM图。从图中可以看出可以清楚地看到，随着温度的升高，MOF被碳化，伴随着有机配体的释放，所以会出现结构的部分坍塌。尤其是在1000℃时，可以看到碳化后的MOF已经不能均匀地覆盖在碳纤维表面。而在800℃时可以展现出最好的状态，碳膜均匀地覆盖在碳布表面，这样可以保证水分也被充分地运输到碳膜上。
如图3所示，随着碳布上Cu-BTC MOF的生长，1h内的质量变化从1.2kg m-2增加至2.2kg m-2。而经过碳化后，质量变化进一步增长到了3.24kg m-2。这是由于煅烧后MOF变为黑色的碳膜，进一步增加了吸光度，而且这些黑色纳米颗粒会将运输上来的水限制在颗粒内部，而不是碳布的孔道中，从而提高了光热转化效率。
为了研究不同高度的拱形碳膜蒸发器的蒸发性能，我们分别探索了0.1,0.2,0.3,0.4,0.5高度的蒸发器在一个太阳下蒸发速率。实验数据表明，一小时内0.1,0.2,0.3,0.4,0.5高度的蒸发速率分别为2.24kg m-2h-1，2.67kg m-2h-1，3.24kg m-2h-1，2.60kg m-2h-1和2.49kg m-2h-1。如图4所示，随着高度的增大，蒸发速率整体先增大后减小的趋势。这是因为太低的高度会导致水量过多造成多余的热损失，而过高的高度则会造成水量不够，从而降低蒸发速率。
此外，我们还发现我们的双面拱形碳膜不仅具有优异的蒸发性能，同时还具有蒸汽发电性能。如图5所示，在正常太阳光下，一块2*1.6cm的碳膜可以产生81mV的电压。
综上所述，双面拱形柔性碳膜材料因其这种独特的纳米级结构而具有优异的毛细作用，加上双面蒸发导致超高的蒸发效率，以及蒸汽发电性能，为太阳能驱动的界面海水淡化技术提供了一种全新的光热转换材料。