一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料及其制备方法。属于辐射制冷材料技术领域，该材料是彩色鸟巢状粉末与有机粘结剂溶液经超声分散后涂覆至基材表面，室温固化制得的；彩色鸟巢状粉末是通过二次水热法，使无机纳米线在生长过程中受到剪切应力，由竖直生长变为弯曲生长，因而相互缠绕堆叠形成独特的鸟巢状结构，有利于增强材料对太阳光的散射能力；该材料在太阳光区的反射率为89％～93％，在大气窗口发射率为92％～94％，在太阳辐照度800～1200W/m2下可实现5～7℃的降温。本发明专利技术解决了以往仅从材料自身光学性能出发，而不注重材料结构的设计；以及彩色辐射制冷涂层与白色辐射制冷涂层性能差距过大等问题，未来有望应用于建筑节能、智能设备、人体热管理等领域。人体热管理等领域。人体热管理等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于辐射制冷材料
，涉及了一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着国家“碳达峰”、“碳中和”目标的提出，对于建筑而言，在满足室内舒适的同时又能实现节能减排是现在人们所追求的目标。基于蒸汽压缩技术的传统制冷手段耗能巨大，使建筑日常碳排放剧增，无形之中加剧了温室效应。被动辐射制冷材料，因其无需能源输入即可在高辐照度下实现降温的特性，得到研究人员的广泛关注，有望应用于建筑技能、光伏、芯片制造等领域。
[0003]目前所报道的辐射制冷膜材料，多是从材料本身的光学性质出发，利用其内部化学键来提高材料向外辐射热量的能力；与此同时，为了保证材料对太阳光的高反射率，材料通常都被设计白色，但是单纯的白色会大大限制其现实应用。因此，设计一种具有特殊结构且颜色多样的辐射制冷膜材料对于今后实际应用具有重要意义。
[0004]专利CN113861771A公开了一种具有自清洁功能的辐射制冷涂层及其制备方法与应用，该材料是通过在制冷材料层表面涂覆含有特定组分的自清洁罩面层，使材料在具备制冷效果的同时还具备优异的自清洁性能。但该材料仅靠自身内部官能团的特征吸收与颜色实现较好的光学性能，制冷效果受限。解决此问题的关键在于材料的独特结构与内部官能团的本征吸收同时作用，增强材料的制冷效果；
[0005]专利CN224345367A公开了一种彩色辐射制冷薄膜及其制备方法，通过将辐射制冷膜层与由聚苯乙烯微球自组装形成的结构色形成层层叠贴合制备而成，该薄膜对太阳光不会产生吸收，同时具有制冷效果与靓丽的结构色。但其制备过程中聚苯乙烯微球自组装过程易受干扰，且结构色亮度和饱和度远不及颜料，限制其实际应用。解决此问题的关键在于开发出一种能够在太阳光区实现窄波段吸收的彩色辐射制冷材料，从而减少对材料太阳光区反射率的影响。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供了一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料及其制备方法，其利用二次水热法制备的无机纳米线相互缠绕形成的鸟巢状结构，使结构中央的类圆形空洞口直径与太阳光波长进行完美匹配，增强太阳光在内部的逸散，减少太阳光能量吸收；利用多种材料的光谱选择性，构建宽谱红外发射，增强材料自身辐射热量的能力。此外，本专利技术所制备的辐射制冷膜材料颜色多样，在可见光波段实现选择性吸收，减少可见光吸收对降温性能的影响；拥有自清洁能力，延长户外使用寿命。
[0007]技术方案：本专利技术所述的一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料；该材料是由彩色鸟巢状粘性乳状液涂覆在基材表面、室温固化制得，该材料的平均膜厚为100μm～200μm；
[0008]其中，所述彩色鸟巢状粘性乳状液是由疏水的彩色鸟巢状粉末超声分散至有机粘
结剂溶液中制得；
[0009]所述疏水的彩色鸟巢状粉末是彩色鸟巢状粉末表面接枝硅烷类疏水改性剂制得；
[0010]所述彩色鸟巢状粉末是由无机纳米线、硝酸盐、含氮催化剂在200～300r/min搅拌速率下通过水热法制得；
[0011]所述无机纳米线是由金属氧化物在碱性条件和300～600r/min搅拌速率下通过水热法制得；
[0012]其中，所述在彩色鸟巢状粉末的鸟巢状结构中央存在类圆形的空洞，空洞口的平均直径为0.5μm～3μm。
[0013]进一步的，所述一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料的制备方法，其具体制备步骤如下：
[0014]步骤(1)、室温下，将1重量份的金属氧化物、8重量份的无机碱、50～200重量份的水加入反应釜中，使反应体系的pH值为10～12，搅拌1～2h，升温至100℃～200℃，300～600r/min搅拌反应12～28h，冷却至室温，过滤，滤饼用去离子水和乙醇交替洗涤至滤液中性，40℃～100℃真空干燥3～6h，得无机纳米线；
[0015]步骤(2)、室温下，将步骤(1)中制得的1重量份的无机纳米线、2～6重量份的硝酸盐、1重量份的含氮催化剂、50～100重量份的水加入反应釜中，搅拌2～3h，升温至150℃～250℃，200～300r/min搅拌反应6～18h，冷却至室温，过滤，滤饼用去离子水和乙醇交替洗涤至滤液中性，氩气气氛保护、200℃～300℃干燥4～5h，得彩色鸟巢状粉末；
[0016]步骤(3)、室温下，将步骤(2)中制得的8重量份的彩色鸟巢状粉末、100～200重量份的乙醇、1重量份的氨水加入反应釜中，氨水浓度为25％～35％，搅拌0.5～1.5h，随后加入2重量份的硅烷类疏水改性剂，升温至40℃～60℃，搅拌反应1～3h，过滤，1重量份的滤饼用2～2.5重量份的乙醇洗涤2～3次，60℃～80℃干燥3～6h，得疏水的彩色鸟巢状粉末；
[0017]步骤(4)、将1重量份的有机粘结剂与20～30重量份的有机溶剂混匀，再加入10～15重量份步骤c中制得的疏水的彩色鸟巢状粉末，超声分散1～1.5h，得彩色鸟巢状粘性乳状液，随后喷涂至基材表面，控制膜材料的平均厚度为100μm～200μm，室温固化24h，得彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料。
[0018]进一步的，在步骤(1)中，所述,金属氧化物为TiO2、Ta2O5、Y2O3中的一种；
[0019]所述无机碱为NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的一种。
[0020]进一步的，在步骤(2)中，所述硝酸盐为Co(NO3)2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O、Ce(NO3)3·
6H2O中的一种；
[0021]所述的含氮催化剂为硫脲、三乙醇胺中的一种。
[0022]进一步的，在步骤(3)中，所述硅烷类疏水改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷、三乙基三氟甲基硅烷、1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三氯硅烷中的一种；
[0023]进一步的，在步骤(4)中，所述有机粘结剂为聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷中的一种；
[0024]所述的有机溶剂为丙酮、甲苯、乙醇中的一种；
[0025]所述的基材为石英玻璃片、PET薄膜、铜片中的一种，更优选为石英玻璃片、PET薄膜中的一种。
[0026]进一步的，在步骤(1)
‑
(4)中，所述室温的温度在：20
‑
25℃之间。
[0027]有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术的特点是：1、与传统静态水热法相比，本专利技术采用搅拌水热法的优点在于：外力的干扰打破了无机纳米线在静态过程中生长的溶解
‑
在结晶的过程，加速了金属氧化物在不饱和情况下的溶解；金属氧化物溶解后形成的前驱体在溶液中运输的速率随着搅拌速率的增大而增大，使其能在径向和轴向生长成纳米线；在搅拌场力的作用下，纳米线由竖直生长转变为弯曲生长，使纳米线更易缠绕成鸟巢状结构；搅拌可使溶液均匀混合并防止沉淀，以确保均匀水热反应的发生；
[0028]2、本专利技术所采用的二次水热法均需控制适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料，其特征在于，该材料是由彩色鸟巢状粘性乳状液涂覆在基材表面、室温固化制得；其中，制得的该材料的平均膜厚为100μm～200μm。2.根据权利要求1所述的一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料，其特征在于，所述彩色鸟巢状粘性乳状液是由疏水的彩色鸟巢状粉末超声分散至有机粘结剂溶液中制得；所述疏水的彩色鸟巢状粉末是彩色鸟巢状粉末表面接枝硅烷类疏水改性剂制得；所述彩色鸟巢状粉末是由无机纳米线、硝酸盐、含氮催化剂在200～300r/min搅拌速率下通过水热法制得；所述无机纳米线是由金属氧化物在碱性条件和300～600r/min搅拌速率下通过水热法制得。3.根据权利要求2所述的一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料，其特征在于，在所述彩色鸟巢状粉末的鸟巢状结构中央存在有类圆形的空洞，其空洞口的平均直径为0.5μm～3μm之间。4.如权利要求1
‑
3任意一项所述的一种彩色鸟巢状超疏水辐射制冷膜材料的制备方法，其特征在于，其具体制备步骤如下：(1)、室温下，按比例将预备的1重量份的金属氧化物、8重量份的无机碱、50～200重量份的水加入至反应釜中搅拌1～2h，后升温至100℃～200℃，300～600r/min搅拌反应12～28h，冷却至室温，过滤，滤饼用去离子水和乙醇交替洗涤至滤液中性，40℃～100℃真空干燥3～6h，制得无机纳米线；(2)、室温下，按比例取步骤(1)中制得的1重量份的无机纳米线、2～6重量份的硝酸盐、1重量份的含氮催化剂、50～100重量份的水加入反应釜中，搅拌2～3h，后升温至150℃～250℃，200～300r/min搅拌反应6～18h，冷却至室温，过滤，滤饼用去离子水和乙醇交替洗涤至滤液中性，氩气气氛保护、200℃～300℃干燥4～5h，制得彩色鸟巢状粉末；(3)、室温下，按比例取步骤(2)中制得的8重量份的彩色鸟巢状粉末、100～200重量份的乙醇、1重量份的氨水加入反应釜中搅拌0.5～1.5h，随后加入2重量份的硅烷类疏水改性剂，后升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：周钰明，刘成欢，冯双将，刘艳梅，卜小海，何曼，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：