集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜制造技术

本发明专利技术公开了一种集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜，该功能膜通过在汽车天窗上堆叠多层薄膜，实现感应雨量与温度调节的功能，功能膜的具体结构从下到上包括：吸热层、热致变色层、导电层和辐射降温绝缘层，热致变色层密闭封装在吸热层与导电层之间，并将导电层通过导线连接极板，极板与汽车雨刮控制器相连，从而将下雨时产生的电压信号传入控制器。本发明专利技术功能膜可以在夏天降温，冬天保温，下雨天摩擦发电产生电信号，适用于不同的天气条件。

【技术实现步骤摘要】
集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜
本专利技术涉及辐射冷却技术及摩擦发电
，具体涉及一种集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜。
技术介绍
传统汽车天窗安装于汽车顶部，能有效使空气流通，但在炎热的夏季，尤其是车辆停泊后天窗关闭，车厢处于封闭环境，透明玻璃的太阳透过率高，车厢吸热升温，无法满足人的热舒适需求。一般通过车窗隔热膜或非透明隔热装置来减少太阳红外光透过，但仅能减少热量吸收，汽车室外长时停放后仍需通过开启空调制冷，增加了能源消耗。专利201910724408.6在天窗上设置涂层，利用太阳能发电，将太阳能转化为电能，电能作用于空调降温，尽管通过能量转换方式实现车厢降温，但涉及元件较多，例如需设置空调预开启装置，且受天气条件的限制。辐射冷却是一个自发过程且不需消耗地球现存的化石能源。地球大气在7-14μm之间有一个高度透明的红外窗口，基于热力学第二定律，陆地物体可通过大气窗口与外太空辐射换热散去自身热量。目前已经报道的辐射降温器能实现全天可持续降温。但该类辐射膜仅能实现持续降温，在冬天或车内外环境温度较低时，持续降温将起到负面作用，增加车内供暖能源消耗。
技术实现思路
本专利技术为避免上述现有技术存在的不足之处，提供一种集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜，该功能膜结构简单，成本较低，能够充分利用环境能源，实现雨量传感和乘客舱温度调节的功能，减少汽车乘客舱内温度调节能源消耗。为实现上述目的，本专利技术提供一种集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜，其特征在于：包括辐射降温绝缘层、导电层和热致变色层；或者，包括辐射降温绝缘层、导电层、热致变色层和吸热层；紧贴所述导电层设置导电电路，即用导线连接导电层与极板，实现电荷的移动，从而在极板上产生电压信号；所述辐射降温绝缘层在大气窗口即7-14μm内具有0.6～1的红外发射率，同时表面可以通过滑动摩擦产生感应电荷；所述热致变色层不导电。作为优选方案，所述辐射降温绝缘层的材料从透明薄膜材料中选取；所述透明薄膜材料包括PTFE、PDMS、PS、PET、PVDF、PMMA、PVC和TPX，所述透明薄膜厚度为微米级。进一步地，所述热致变色层选用温敏水凝胶材料，相变温度范围为20～32℃，且能根据实际需要进行调节，厚度为100μm-3mm。更进一步地，所述热致变色层由温敏水凝胶材料构成；所述温敏水凝胶通过如下方法制备而成：将提纯的NIPAM和BIS按质量比14：1的比例在装有去离子水的离心管中振荡得到均匀澄清溶液，然后加入DEAP超声振荡1h后制得；所述热致变色层通过如下方法制备而成：将吸热层与辐射降温绝缘层和导电层复合膜粘结四周，并预留小口形成袋状，然后将制得的温敏水凝胶注入，将开口粘结密封后置于-5～0℃低温环境仓内2～5分钟，取出置放于紫外灯下，在黑色背景布遮挡下用365nm波长光源辐射40～60分钟制得。更进一步地，所述吸热层能根据实际情况进行取舍：若设置吸热层，该层为太阳黑体材料，其作用是利用太阳加热车窗在冬季为车厢供暖恒温；若不设置吸热层，能直接将温敏水凝胶封装在天窗玻璃上，利用太阳加热车厢内饰为车厢供暖。更进一步地，所述吸热层从具有太阳吸收能力的材料中选取；所述具有太阳吸收能力的材料包括黑铬、蓝钛和炭黑，吸热层的材料在0.3～3μm内具有0.6～1的太阳吸收率。更进一步地，所述导电层从透明导电薄膜中选取，所述透明导电薄膜包括ITO和AZO，薄膜厚度为100μm-10mm，具有良好的导电性。具体来说，上述汽车天窗用功能膜，该功能膜采用三层或四层薄膜复合而成，涉及辐射降温技术与摩擦发电技术，上述功能膜包括辐射降温绝缘层、导电层、热致变色层和吸热层。上述辐射降温绝缘层选择有辐射降温功能的透明薄膜材料，对太阳能吸收少，在大气窗口内红外吸收性好，车厢内部热量通过对流传导至功能膜底部，然后通过顶部辐射降温绝缘层以辐射形式散出，此外该层材料自身绝缘，通过摩擦产生的感应电荷可以较长时间存在。上述导电层选择透明导电材料，不对功能膜温度调节功能产生影响，自身导电性好，有利于电子的转移，产生电压信号。上述热致变色层选择温敏水凝胶材料，该材料高温下太阳透过率低，相变温度在20～32℃范围内，可根据实际需要进行调节，温敏水凝胶可以在相变温度附近实现可逆性溶胶-凝胶转换，当环境温度高于相变温度时，温敏水凝胶疏水呈凝胶态，表面为白色，可以反射太阳能，以获得降温效果；当环境温度低于相变温度时，温敏水凝胶亲水呈溶胶态，呈现为无色透明状态，太阳透过率高，以获得升温效果。上述吸热层在热致变色层处于透明状态时可通过捕获太阳能来实现自身吸热升温，然后对流热传导至车厢内部，达到车厢内升温效果，在低温环境下实现恒温作用。上述功能膜各层发挥相应作用，在实际生活中起到温度调节与雨量摩擦发电双重功能。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术提出具有温度调节功能的功能膜，并通过摩擦发电技术原理在温度调节功能膜上集成感应雨量大小产生电信号功能，应用于汽车天窗。可有效保持汽车车内温度，减少汽车乘客舱环境温度调节能源消耗，并供雨量传感器输入电信号以调节汽车自动雨刮。具体优点如下：1、在晴朗的天气条件下，辐射降温绝缘层发挥辐射冷却作用，热致变色层根据环境温度的不同，自身光学状态在透明与浑浊之间相互切换，配合下方吸热层的加热作用达到车厢内恒温效果，对外界太阳辐射和环境气温的变化相对不敏感。与传统的暖通空调系统相比，本装置在不消耗电能的前提下实现了物体自身的恒温效果，为促进能源节省和遏制全球变暖做出贡献。2、在下雨天气条件下，辐射降温绝缘层与导电层发挥作用，根据固-液界面接触带电与静电感应原理，当雨滴滴落与辐射降温绝缘层接触时，会产生摩擦电荷，辐射降温绝缘层会得到电子并带负电荷，同时与其紧密相连的导电层也会感应带电，有电荷的产生，就会有电子的转移，导电层与地线分别与一个极板通过导线连接，极板之间会产生电压信号，雨水滴落频率越高，功能膜表面沉积的电荷量越多，则电压信号越强，自动控制模块根据接收信号的强弱，控制雨刷电动机的工作强度，下雨停止时，电压信号不在产生，雨刷停止工作。与传统雨量感应器相比，本装置在雨天自发生电，雨量的大小直接转化为电压信号的大小，装置简单，清洁节能。本专利技术可根据所需达到的温度和所需电信号大小选择合适的材料，不同材料的调节能力不同，所造薄膜厚度不同，都会对最终效果产生影响。材料及其厚度的选择需要根据需求综合考虑。总之，所述集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜能在多种天气条件下发挥作用，整个过程无能耗，环境友好无污染，满足乘客舱舒适需求和功能需求。附图说明图1为本专利技术实施例中涉及的多层薄膜的具体结构图；图2为本专利技术实施例中涉及的温敏水凝胶封装流程图；图3为本专利技术实施例中涉及的铬的反射率图；图4为本专利技术实施例中涉及的电路连接图；图5为本专利技术实施例1中涉及的雨滴滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜，其特征在于：/n包括辐射降温绝缘层、导电层和热致变色层；或者，包括辐射降温绝缘层、导电层、热致变色层和吸热层；/n紧贴所述导电层设置导电电路，即用导线连接导电层与极板，实现电荷的移动，从而在极板上产生电压信号；/n所述辐射降温绝缘层在大气窗口即7-14μm内具有0.6～1的红外发射率，同时表面可以通过滑动摩擦产生感应电荷；/n所述热致变色层不导电。/n

【技术特征摘要】
1.一种集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜，其特征在于：
包括辐射降温绝缘层、导电层和热致变色层；或者，包括辐射降温绝缘层、导电层、热致变色层和吸热层；
紧贴所述导电层设置导电电路，即用导线连接导电层与极板，实现电荷的移动，从而在极板上产生电压信号；
所述辐射降温绝缘层在大气窗口即7-14μm内具有0.6～1的红外发射率，同时表面可以通过滑动摩擦产生感应电荷；
所述热致变色层不导电。


2.根据权利要求1所述的集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜，其特征在于：所述辐射降温绝缘层的材料从透明薄膜材料中选取；所述透明薄膜材料包括PTFE、PDMS、PS、PET、PVDF、PMMA、PVC和TPX，所述透明薄膜厚度为微米级。


3.根据权利要求1或2所述的集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜，其特征在于：所述热致变色层选用温敏水凝胶材料，相变温度范围为20～32℃，且能根据实际需要进行调节，厚度为100μm-3mm。


4.根据权利要求1或2中所述的集温度调节与雨量传感功能的汽车天窗功能膜，其特征在于：所述热致变色层由温敏水凝胶材料构成；所述温敏水凝胶通过如下方法制备而成：
将提纯的NIPAM和BIS按质量比14：1的比例在装有去离子水的离心管中振荡得到均匀澄清溶液，然后加入DEAP超声振荡1h后制得；
所述热致变色层通过如下方法制备而成：
将吸热层与辐射降温绝缘层和导电层复合膜粘结四周，并预留小口形成袋状，然后将制得的温敏水凝胶注入，将开口粘结密封后置于-5～0℃低温环境仓内2～5分钟，取出置放于紫外灯下，在黑...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟正华，曹博语，夏志林，郭巍，周睿，华林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42