一种被动制冷晶体、被动制冷涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种被动制冷晶体、被动制冷涂层及其制备方法和应用，所述晶体的表达式为CayMg11‑y(HPO3)8(OH)6‑xFx(1≤x≤6，0.3≤y≤1)，其紫外可见近红外波段反射率大于0.95，大气窗口处的发射率大于0.90，在长波范围展现了一定的发射选择性。基于四水合乙酸镁、一水合乙酸钙、氟化钠、亚磷酸作为原料，添加环己胺，通过水热法制备得到所述的被动制冷晶体。利用所述被动制冷晶体制备得到的被动制冷涂层，在太阳直射的正午时分，其表面温度较环境温度低5℃以上，并且能有效降低建筑物墙面的表面温度，降低幅度达7℃以上。说明该晶体材料一定程度上可缓解城市热岛效应。

A Passive Refrigeration Crystal, Passive Refrigeration Coating and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a passive refrigeration crystal, a passive refrigeration coating and its preparation method and application. The expression of the crystal is CayMg11 y (HPO 3) 8 (OH) 6 xFx (1 < x < 6, 0.3 < y < 1), its reflectivity in the ultraviolet, visible and near infrared bands is greater than 0.95, and the emissivity at the atmospheric window is greater than 0.90, showing certain emission selectivity in the long wave range. Based on magnesium acetate tetrahydrate, calcium acetate monohydrate, sodium fluoride and phosphorous acid as raw materials, adding cyclohexylamine, the passive refrigeration crystal was prepared by hydrothermal method. The passive refrigeration coating prepared by the passive refrigeration crystal has a surface temperature lower than the ambient temperature by more than 5 C at noon when the sun shines directly, and can effectively reduce the surface temperature of the building wall by more than 7 C. It shows that the crystal material can alleviate the urban heat island effect to some extent.

【技术实现步骤摘要】
一种被动制冷晶体、被动制冷涂层及其制备方法和应用
本专利技术属于晶体材料领域，特别涉及一种被动制冷晶体、被动制冷涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
随着城市化进程的不断推进，城市构筑物大量出现且密集化。由于这些构筑物自身(如混凝土、沥青路面、建筑物墙面)的比热容低而吸热快，特别在阳光充足炎热的夏天，导致这些构筑物表面吸收大量的热而迅速升温。表面处的高温气流以湍流的形式进入到大气中，使得城市温度升高，造成严重的城市热岛效应。毫无疑问，过于高温的城市环境给市民的生产生活带来诸多不便，如造成城市供电制冷的能耗急剧增加。电能的巨大消耗直接带来不可再生能源的加速损耗，同时又增加温室气体的排放。因此，寻找一种可代替，无耗能或耗能少的制冷方式意义尤为重要。一种不需要主动能量输入的被动制冷方式逐渐受到各国学者的关注。被动制冷是指无需外加能量输入，依靠自身某些特性即可达到低于环境以下温度的一种制冷方式。一类在紫外可见近红外具有高反射率和在红外部分具有选择性发射特性的材料通常可实现被动制冷效果。尤其在日间，这种制冷方式尤为需要。EdenRephaeli设计了一种具有独特微观形貌的被动冷却装置，该装置由α-石英，SiC，MgF2，TiO2和Ag层组成，其具有超低的太阳光吸收，并且在大气窗口具有严格选择发射。AaswathP.Raman展示了一种由HfO2和SiO2交叠的光子辐射冷却器件，在阳光直射的条件下，器件温度比空气温度低4.9℃。Zhai制备了一种包裹有随机分布的SiO2空心微球的透明聚合物薄膜超材料，当在薄膜背面镀上一层高反射Ag时，超材料在阳光直射的中午时分可达到93W/m2的冷却功率。Y.Yang提出了一种基于相位反转的方法，用于生产单层分级多孔聚合物(P(VDF-HFP))涂层，在强烈的阳光下，涂层的表面温度比环境温度低6℃。从以上进展可知，白天时分的有效冷却通常涉及高反射层和选择性发射层的巧妙结合。尽管冷却效果高效，但难以实现大面积制造及应用，制造成本通常是昂贵的且材料常表现为不耐腐蚀或老化。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种被动制冷晶体及其制备方法。所述被动制冷晶体在紫外可见近红外波段(0.2～2.5um)反射率可达0.95以上，同时在大气窗口处(8～13um)的发射率达0.90以上，并且在长波范围，晶体材料的红外发射谱展现出来发射选择性。本专利技术的另一目的在于提供一种被动制冷涂层及其制备方法，所述涂层由包括上述被动制冷晶体的原料制备得到。本专利技术的再一目的在于提供上述被动制冷涂层的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种被动制冷晶体，其化学表达式为CayMg11-y(HPO3)8(OH)6-xFx，1≤x≤6，0.3≤y≤1。优选的，所述被动制冷晶体，化学式为CayMg11-y(HPO3)8(OH)6-xFx，x＝1、2、3、4、5、6，y＝0.3、0.5、0.7、1。优选的，所述被动制冷晶体在紫外可见近红外区间的反射率为0.95以上，大气窗口处发射率为0.90以上，长波红外具有选择性发射。上述被动制冷晶体的制备方法，包括以下步骤：(5)按照目标产物CayMg11-y(HPO3)8(OH)6-xFx，1≤x≤6，0.3≤y≤1的化学式称取四水合乙酸镁和一水合乙酸钙，加水溶解，搅拌直至得到透明无色溶液；(6)按目标产物化学式称取氟化钠和亚磷酸，分别将氟化钠和亚磷酸溶于水中，制备得到氟化钠水溶液和亚磷酸水溶液；(7)将步骤(1)和(2)制备得到的所有溶液混合得到混合溶液，在搅拌条件下加入环己胺并继续搅拌，得到乳浊液，将乳浊液转移至高压反应釜中进行水热反应；(8)步骤(3)反应结束并冷却至室温后，将反应产物进行固液分离，将所得固体进行洗涤抽滤，经干燥、研磨过筛后得到白色粉末，即所述的被动制冷晶体。优选的，步骤(1)所述水的加入量与四水合乙酸镁和一水合乙酸钙的总质量的比值为4～5:1。优选的，步骤(1)所述搅拌具体为：采用磁力搅拌，转速为200～400r/min。优选的，步骤(2)所述氟化钠水溶液的浓度为0.0069g/ml～0.0229g/ml，所述亚磷酸水溶液的浓度为0.060g/ml～0.082g/ml。优选的，步骤(3)所述环己胺与混合溶液的体积比为1:6～7。优选的，步骤(3)所述继续搅拌的时间为30～40min。优选的，步骤(3)所述水热反应的温度为160～220℃，水热反应的时间为1400～2200min。优选的，步骤(4)所述干燥的温度为80～110℃，所述干燥的时间为2～5h。优选的，步骤(4)所述过筛的筛网为100～300目。优选的，步骤(4)所述室温为20～30℃。上述被动制冷晶体在制备热反射红外辐射材料中的应用。一种被动制冷涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将N-甲基吡咯烷酮加入到粘结剂中得到混合物，将混合物加热，每隔10～15min取出并搅拌，直至粘结剂完全溶解至透明无气泡状，得到透明粘稠液；(2)将上述被动制冷晶体加入到步骤(1)中的透明粘稠液中，搅拌均匀后放入球磨子并将罐体固定在球磨机上球磨6～8h，球磨结束后得到粘度合适、具有光泽的油墨状浆料；(3)将步骤(2)制备得到的浆料涂覆在基板上，得到湿涂层带，将湿涂层带烘干即制备的到所述的被动制冷涂层。优选的，步骤(1)所述粘结剂为聚偏氟乙烯。优选的，步骤(1)所述N-甲基吡咯烷酮与粘结剂的质量比为26～33:1。优选的，步骤(1)所述加热具体为：烘箱加热，加热的温度为80～110℃。优选的，步骤(2)所述被动制冷晶体与步骤(1)所述粘结剂的质量比为8～9:2～1。优选的，步骤(2)所述球磨子的直径为1～3mm，所述球磨的料球比为4～6:1。优选的，步骤(2)所述球磨机的转速为300～400r/min。优选的，步骤(3)所述基板为铝箔、瓷砖和塑料板中的一种。优选的，步骤(3)所述涂覆的量为0.02～0.1g/cm2。优选的，步骤(3)所述烘干的温度为50～70℃，所述烘干的时间为2～5h。优选的，步骤(3)所述烘干具体为：在鼓风干燥箱内60℃烘干3h。上述被动制冷涂层的制备方法制备得到的被动制冷涂层。上述的被动制冷涂层在制备建筑物外墙表面的降温涂层材料中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的晶体材料，同时具有较高的紫外可见近红外高反射率和选择性红外发射的特点。其0.2～2.5μm紫外可见近红外波段反射率可达0.95以上，同时其在大气窗口处的发射率为0.90以上，并且展现出一定的长波红外发射选择性。(2)本专利技术的晶体材料的制备方法，制备方法简单且成熟，制备得到的材料性能稳定、重复性好。(3)本专利技术的被动制冷涂层的制备方法，工艺简单，成本低廉，可大面积制造。(4)本专利技术的晶体材料能很好的结合反射和辐射综合性能，制备成制冷的涂层，在太阳直射的正午时分，其表面温度较环境温度低5℃以上。并能有效降低建筑物墙面的表面温度，降低幅度达7℃以上，说明该晶体材料一定程度上可缓解城市热岛效应。附图说明图1为实施例1制备得到的被动制冷晶体的XRD精修谱图。图2为实施例1制备得到的被动制冷晶体的高倍下的扫描电镜照片。图3为实施例1制备得到的被动制冷晶体的紫外可见近红外波段的反射率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动制冷晶体，其特征在于，其化学表达式为CayMg11‑y(HPO3)8(OH)6‑xFx，1≤x≤6，0.3≤y≤1。

【技术特征摘要】
1.一种被动制冷晶体，其特征在于，其化学表达式为CayMg11-y(HPO3)8(OH)6-xFx，1≤x≤6，0.3≤y≤1。2.权利要求1所述被动制冷晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照目标产物CayMg11-y(HPO3)8(OH)6-xFx，1≤x≤6，0.3≤y≤1的化学式称取四水合乙酸镁和一水合乙酸钙，加水溶解，搅拌直至得到透明无色溶液；(2)按目标产物化学式称取氟化钠和亚磷酸，分别将氟化钠和亚磷酸溶于水中，制备得到氟化钠水溶液和亚磷酸水溶液；(3)将步骤(1)和(2)制备得到的所有溶液混合得到混合溶液，在搅拌条件下加入环己胺并继续搅拌，得到乳浊液，将乳浊液转移至高压反应釜中进行水热反应；(4)步骤(3)反应结束并冷却至室温后，将反应产物进行固液分离，将所得固体进行洗涤抽滤，经干燥、研磨过筛后得到白色粉末，即所述的被动制冷晶体。3.根据权利要求2所述被动制冷晶体的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水的加入量与四水合乙酸镁和一水合乙酸钙的总质量的比值为4～5:1；步骤(2)所述氟化钠水溶液的浓度为0.0069g/ml～0.0229g/ml，所述亚磷酸水溶液的浓度为0.060g/ml～0.082g/ml；步骤(3)所述环己胺与混合溶液的体积比为1:6～7。4.根据权利要求2或3所述被动制冷晶体的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述继续搅拌的时间为30～40min；步骤(3)所述水热反应的温度为160～220℃，水热反应的时间为1400～2200min；步骤(4)所述干燥的温度为80～110℃，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志杰，刘德芳，钟明峰，段瑞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44