【摘 要】
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光热转换是太阳光最直接有效的转换方式,实现太阳光光热效应的高效利用与光热转换材料密切相关。其中缺陷型结构CuxS光热转换材料,具有类似于贵金属基光热转换材料的局域表面等离激元共振效应（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）,在近红外区产生强吸收效应,因此光热转换效率高。相比于贵金属基光热材料的高成本,聚合物基光热材料的低稳定性,碳基光热材料的低效率,低成
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光热转换是太阳光最直接有效的转换方式,实现太阳光光热效应的高效利用与光热转换材料密切相关。其中缺陷型结构CuxS光热转换材料,具有类似于贵金属基光热转换材料的局域表面等离激元共振效应（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）,在近红外区产生强吸收效应,因此光热转换效率高。相比于贵金属基光热材料的高成本,聚合物基光热材料的低稳定性,碳基光热材料的低效率,低成本、高光热转换效率的CuxS光热转换材料具有更广阔的应用前景。本文基于柯肯达尔效应（Kirkendall Effect）合成了CuxS纳米笼。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪等仪器对纳米笼的形貌结构、元素组成进行表征。探讨了纳米笼的LSPR效应,计算了光热转换效率,并将其成功应用于光热复苏Hela细胞。通过与高分子量的聚偏氟乙烯（PVDF）复合,开发了CuxS/PVDF光热复合薄膜器件。研究取得了如下成果:利用紫外-可见-近红外分光光度计对CuxS纳米笼光学性能进行了表征,CuxS纳米笼的等离激元峰（1540 nm）位于近红外长波区域,吸收范围远高于贵金属基光热材料,空穴载流子浓度Nh=5.4×1021 cm~3。在1064 nm激光照射下,光热转换效率达到41.03%。将CuxS添加到冻存液（Cryoprotective Agents,CPA）中,冻存Hela细胞。基于纳米笼的宽光谱吸收效应,利用透镜增强模拟太阳光功率密度（1.8 W/cm~2）成功复苏了Hela细胞,整体细胞存活率高于80%。评估了不同光源（紫外,可见,近红外）的复苏效果:紫外光本身光子能量强,细胞复苏后存活率低于80%;可见光、近红外光源都达到了80%以上,同时CuxS也显示了优异的生物相容性。开发了CuxS/PVDF光热复合薄膜,在一个太阳光强照射下,薄膜的光热转换效率随CuxS掺杂量的提高而提高,最高达到18.1%,在两个太阳光强的照射下,薄膜显示出更快的光热响应,平均升温速率最快达到11.36℃/min。制备了不同粒径的CuxS/PVDF光热复合薄膜,随纳米笼粒径减小,复合薄膜的光热效果提高。复合薄膜在434.53℃才剧烈分解,具有优异的热稳定性;接触角达到92.8°,具有较好的疏水性;抗拉强度高,达到535.95 MPa。由于以上优异的性能,CuxS/PVDF复合薄膜表现出良好的应用前景。
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