一种用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料及应用制造技术

本发明专利技术属于辐射制冷技术领域，并具体公开了一种用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料及应用，该薄膜材料在太阳光谱波段300nm～2500nm具有低于0.5％的吸收率，在可见光谱波段300nm～800nm具有90％以上的透过率，在大气窗口波段8μm～14μm具有92％以上的发射率，具有简单、高效、柔性、可大面积生产等优点，可应用在建筑节能、光伏电池等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料及应用
本专利技术属于辐射制冷
，更具体地，涉及一种用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料及应用。
技术介绍
在全球化石能源过度开采及高污染煤炭发电能力急剧降低的背景下，如何在有限资源限制和严格环保要求的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。辐射制冷是一种不需要能源输入，而能降低自身温度的技术。相比于空调制冷中大量使用的氯氟烃(CFCS)、氢氯氟烃(HCFCS)、氢氟烃(HFC)等制冷工质对臭氧层以及环境气候的威胁，辐射制冷更加绿色环保，对于环境保护和能量利用都有着非常重要的意义。其中，夜间的辐射制冷很早之前已经实现，但由于材料的限制，白天的辐射制冷直到近些年才陆续有些报道。研究者(RamanAP,AnomaMA,ZhuL,etal.Passiveradiativecoolingbelowambientairtemperatureunderdirectsunlight[J].Nature,2014,515(7528):540-544.)通过严格的光子晶体设计，同时实现了在太阳光谱波段的高反射率和大气窗口波段的高发射率。这种可以同时在白天和夜间使用的辐射制冷装置，引起了国内外研究者们极大的兴趣。目前，由于人们一直未找到合适的可用于白天辐射制冷的材料，对辐射冷却材料的研究主要集中于一维、二维、三维光子晶体的设计上，通过对材料结构的设计以实现对电磁波与材料的耦合调控。虽然取得了一系列的研究进展，但受限于精密的纳米加工技术，成本高昂难以满足辐射制冷在建筑和商业上的大面积应用需求。鉴于此，Zhai等人(ZhaiY,MaY,DavidSN,etal.Scalable-manufacturedrandomizedglass-polymerhybridmetamaterialfordaytimeradiativecooling[J].Science,2017,355(6329):1062-1066.)将直径为8微米的SiO2球随机分散在聚合物基体(聚4-甲基戊烯)中，实现了在大气窗口高达0.93的平均发射率，这一研究使得辐射制冷技术在大面积应用上迈出了关键性的一步。但总的来看，用于白天的辐射制冷材料亟待研究解决，寻找廉价、可大面积制备的材料，以满足白天辐射制冷的需求，始终是研究者们的目标。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料及应用，其通过研究找到了可用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料，解决了目前辐射制冷体制备成本高、工艺复杂、无法大面积制备的问题，具有简单、高效、柔性、可大面积生产等优点，在建筑节能、光伏电池等领域具有较大应用前景。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料，该薄膜材料在太阳光谱波段300nm～2500nm具有低于0.5％的吸收率，在可见光谱波段300nm～800nm具有90％以上的透过率，在大气窗口波段8μm～14μm具有92％以上的发射率。作为进一步优选的，其为具有一定厚度的聚二甲基硅氧烷薄膜，该具有一定厚度的聚二甲基硅氧烷薄膜用于作为辐射制冷体。作为进一步优选的，所述聚二甲基硅氧烷薄膜采用如下方法制备：1)将聚二甲基硅氧烷基体和固化剂按照10:1的质量比混合，经过除气泡处理，获得均匀的混合物；2)将混合物涂覆在需制冷物体的表面，然后在60℃～80℃下固化1h～2h，获得所需的聚二甲基硅氧烷薄膜材料。作为进一步优选的，聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度采用如下方式确定：1)建立一维稳态模型：Pcool(T)＝Prad(T)-Patm(Tatm)-Psun-Pnonrad其中，Pcool(T)表示辐射制冷体的制冷功率，Prad(T)表示辐射制冷体发射出去的总能量，Patm(Tatm)表示辐射制冷体吸收的大气辐射的能量，Psun表示在AM1.5的太阳光强下的辐射制冷体吸收太阳光的能量，Pnonrad表示辐射制冷体通过周围空气进行的对流传导的能量；2)制备不同厚度的聚二甲基硅氧烷薄膜，然后得到各聚二甲基硅氧烷薄膜在红外波段的发射率，将发射率带入一维稳态模型中得到不同厚度的聚二甲基硅氧烷薄膜的制冷功率与自身温度的关系曲线；3)根据不同厚度的聚二甲基硅氧烷薄膜的制冷功率与自身温度的关系曲线得出最佳厚度。作为进一步优选的，聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度优选为不小于60μm，进一步优选为60μm。按照本专利技术的另一方面，提供了一种所述的薄膜材料在白天辐射制冷中的应用。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术提供了一种可用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料，解决了目前辐射制冷体制备成本高、工艺复杂、无法大面积制备的问题，该材料具有简单、高效、柔性、可大面积生产等优点，在建筑节能、光伏电池等领域有较大应用前景。2.本专利技术通过研究设计聚二甲基硅氧烷薄膜的制备工艺，以确定出最佳的工艺，从而制备出合适厚度的聚二甲基硅氧烷薄膜，通过将聚二甲基硅氧烷基体和固化剂按照10:1的质量比混合，使得聚二甲基硅氧烷具有更好的成膜效果；通过在60℃～80℃下固化1h～2h，使得满足交联所需时间完成薄膜样品的制备。3.本专利技术建立了一维稳态模型，其为一整套辐射冷却的理论功率计算模型，该模型基于能量守恒原理，对辐射体的辐射、对流以及传导的能量进行评估，以基于最大制冷功率确定出薄膜材料的最佳厚度。4.本专利技术基于理论功率计算模型确定了聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度优选为不小于60μm，进一步优选为60μm，在该厚度工艺参数下，聚二甲基硅氧烷薄膜在太阳光谱波段300nm～2500nm具有低于0.5％的吸收率，在可见光谱波段300nm～800nm具有90％以上的透过率，在大气窗口波段8μm～14μm具有92％以上的发射率。附图说明图1是本专利技术建立的基于能量守恒原理的一维稳态模型；图2是AM1.5太阳光谱和大气透过率谱示意图；图3是模拟不同厚度的聚二甲基硅氧烷的红外发射光谱示意图；图4是模拟计算低于环境温度时制冷功率与聚二甲基硅氧烷温度关系；图5是模拟计算高于环境温度时制冷功率与聚二甲基硅氧烷温度关系；图6是模拟计算的不同厚度的聚二甲基硅氧烷的8～14μm的平均发射率与厚度的关系；图7是聚二甲基硅氧烷的实际透过率谱；图8是不同厚度聚二甲基硅氧烷的实际吸收率谱；图9是涂敷在铝片上的不同厚度的聚二甲基硅氧烷的实际红外发射谱；图10是不同厚度聚二甲基硅氧烷的实测温度随时间变化曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例提供了一种透明柔性薄膜材料，该薄膜材料在太阳光谱波段300nm～2500nm具有低于0.5％的吸收率，在可见光谱波段300nm～800nm具有90％以上的透过率，在大气窗口波段8μm～14μm具有92％以上的发射率，其是一种理想的辐射制冷材料，可用于白天辐射制冷中。专利技术人经过长期对辐射制冷材料的研究发现，找到一种满足要求的聚二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料，其特征在于，该薄膜材料在太阳光谱波段300nm～2500nm具有低于0.5％的吸收率，在可见光谱波段300nm～800nm具有90％以上的透过率，在大气窗口波段8μm～14μm具有92％以上的发射率。

【技术特征摘要】
1.一种用于白天辐射制冷的透明柔性薄膜材料，其特征在于，该薄膜材料在太阳光谱波段300nm～2500nm具有低于0.5％的吸收率，在可见光谱波段300nm～800nm具有90％以上的透过率，在大气窗口波段8μm～14μm具有92％以上的发射率。2.如权利要求1的薄膜材料，其特征在于，其为具有一定厚度的聚二甲基硅氧烷薄膜，该具有一定厚度的聚二甲基硅氧烷薄膜用于作为辐射制冷体。3.如权利要求2所述的薄膜材料，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷薄膜采用如下方法制备：1)将聚二甲基硅氧烷基体和固化剂按照10:1的质量比混合，经过除气泡处理，获得均匀的混合物；2)将混合物涂覆在需制冷物体的表面，然后在60℃～80℃下固化1h～2h，获得所需的聚二甲基硅氧烷薄膜材料。4.如权利要求2或3所述的薄膜材料，其特征在于，聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度采用如下方式确定：1)建立一维稳态模型：Pcool(T)＝P...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，胡彬，周振贵，王昕，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42