一种基于压缩应变的辐射热调控组件制造技术

本发明专利技术提供了一种基于压缩应变的辐射热调控组件

【技术实现步骤摘要】
一种基于压缩应变的辐射热调控组件、其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于辐射制冷
，尤其是涉及一种基于压缩应变的辐射热调控组件
、
其制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]随着人口和经济活动的增加，对供暖制冷的需求不断增长，给许多国家和地区的电力系统带来了巨大的压力，也推高了二氧化碳排放和臭氧消耗
。
而建筑最大的耗能点是采暖和空调，我国在采暖和空调上的能耗占建筑总能耗的
55
％
。
随着对热舒适性的需求不断增长，无疑对环境保护和能源消耗提出了更大的挑战
。
[0003]为了应对上述挑战，拥有辐射加热或者辐射制冷功能的热控薄膜和组件在过去已经被广泛研究，其是减少能源消耗和环境污染问题的极有吸引力的方式
。
辐射制冷已被证明是一种有前景的无能耗冷却策略，其可以通过大气透明窗口
(8
‑
13
μ
m)
向寒冷的外层空间发射物体的热量，而在标准太阳光谱
(AM1.5)
下拥有高反射率，可以实现高冷却效率
。
但这些材料在寒冷的冬季也展现了不需要的制冷能力
。
而传统的辐射加热材料在寒冷的冬季展现的效果不佳，产生的热量会迅速被环境带走，更需要的是隔热材料对房屋进行保温，减少热量散失才能更好得到达到供暖节能的效果
。
[0004]中国专利公开号为
CN115742488A
的
《
一种自动调温的智能热控复合薄膜及制备方法
》
介绍了一种自动调温的智能热控复合薄膜，利用复合材料受热卷曲来实现制冷加热模式的切换，但是其不适用于大面积辐射制冷的场景，应用范围由有限
。
中国专利公开号为
CN115874354A
的
《
一种可切换零能耗辐射制冷
、
光热制热一体化
Janus
膜的制备方法
》
公开了一种兼具有辐射制冷层和光热制热层的
Janus
复合薄膜，通过有机溶剂改变其对可见光及红外波段的反射和吸收，从而达到温度调控的目的，其需要不断消耗有机溶剂，不够经济实用，切换条件苛刻，不能主动控制切换
。
中国专利公开号为
CN115852591A
的
《
一种机械调节反射率的全天候热管理薄膜的制备方法
》
介绍了一种机械调节反射率的全天候热管理薄膜，基于拉伸应变，动态的改变薄膜的发射率以实现对辐射制冷功能的主动调控，但是其保温功能有限，且薄膜发生的形变极大的限制了其使用
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，为解决上述问题，本专利技术提出一种结构简单
、
切换方便
、
经济环保
、
适用场合广的基于压缩应变的辐射热调控组件，将辐射制冷薄膜的制冷能力和气凝胶的隔热保温能力相结合，根据气凝胶在不同压缩形变下表现出的不同热导率，通过施力辐射制冷薄膜压缩气凝胶或不施力使气凝胶恢复原状的方式，改变气凝胶层的热导率，进而控制热量的传递，实现保温与冷却功能的主动切换；同时提供了所述的基于压缩应变的辐射热调控组件制备方法和应用
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]本专利技术一方面提供了一种基于压缩应变的辐射热调控组件，包括气凝胶层和覆盖
于所述气凝胶层上的辐射制冷薄膜，所述辐射热调控组件的保温与冷却功能的切换是通过向所述辐射制冷薄膜施力，压缩所述气凝胶层或不施力使气凝胶层恢复原状的方式，改变所述气凝胶层热导率实现的
。
[0008]所述辐射热调控组件将辐射制冷薄膜的制冷能力和气凝胶层的隔热保温能力相结合，根据气凝胶层在不同压缩形变下表现出的不同热导率，来实现保温与制冷功能的主动切换；在夏季或高温环境时，通过向辐射制冷薄膜施力，压缩气凝胶层，使气凝胶层表现为高热导态，辐射制冷薄膜反射太阳光，房屋热量可穿过气凝胶层通过辐射制冷薄膜发射至外界太空中，实现房屋的零能耗被动降温；在冬季或寒冷环境时，不向辐射制冷薄膜施力，气凝胶层处于未压缩的原始状态，气凝胶层表现为低热导态，房屋热量无法穿过气凝胶实现房屋的保温；切换方式简单有效
、
经济环保，对使用场合要求低
。
[0009]在本专利技术的一些优选的基于压缩应变的辐射热调控组件的实施方式中，所述气凝胶层由二维纳米材料和一维纳米材料复合而成
。
[0010]在本专利技术的一些优选的基于压缩应变的辐射热调控组件的实施方式中，所述二维纳米材料为
h
‑
BN、
氮化铝
、
二硫化钼或石墨烯中的一种或多种；所述一维纳米材料为碳纳米管
、
膨胀石墨
、
泡沫铜
、
碳泡沫或石墨毡中的一种或多种
。
[0011]在本专利技术的一些优选的基于压缩应变的辐射热调控组件的实施方式中，所述气凝胶层在压缩状态下，本征热导率
>100W/m.k
，复合热导率
>1W/m.k
；所述气凝胶层在未压缩状态下，气凝胶孔隙率
>90
％，热导率
<0.1W/m.k。
[0012]所述气凝胶层由二维纳米材料和一维纳米材料复合而成，使气凝胶层在完全压缩状态下表现为材料本征高热导率
(>100W/m.k)
，使气凝胶层复合热导率
>1W/m.k
，便于热量的快速传递；为实现气凝胶层在未压缩状态下能够获得良好的隔热能力，即低热导率
(<0.1W/m.k),
要求气凝胶层孔隙率
>90
％，使其热导率主要表现为空气的低热导率
(0.023W/m.k)。
[0013]在本专利技术的一些优选的基于压缩应变的辐射热调控组件的实施方式中，所述气凝胶层在
5000
个应力循环下，其机械损伤导致其形变量小于
10
％
。
[0014]为满足频繁切换的要求，气凝胶层具备良好的机械压缩性能，要求气凝胶层在
5000
个应力循环下，其机械损伤导致其形变量小于
10
％
。
[0015]在本专利技术的一些优选的基于压缩应变的辐射热调控组件的实施方式中，所述气凝胶层通过以下方式得到：将所述一维纳米材料和所述二维纳米材料进行亲水处理；后放入去离子水中超声分散，得到浓度在
1mg/cm3～
10mg/cm3的气凝胶前驱液；再进行冷冻干燥处理，以获得高孔隙率的气凝胶；将获得的高孔隙率的气凝胶进行气相渗碳处理，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于压缩应变的辐射热调控组件，其特征在于：包括气凝胶层和覆盖于所述气凝胶层上的辐射制冷薄膜，所述辐射热调控组件的保温与冷却功能的切换是通过向所述辐射制冷薄膜施力，压缩所述气凝胶层或不施力使气凝胶层恢复原状的方式，改变所述气凝胶层热导率实现的
。2.
根据权利要求1所述的基于压缩应变的辐射热调控组件，其特征在于：所述气凝胶层由二维纳米材料和一维纳米材料复合而成；优选地，所述气凝胶层在压缩状态下，本征热导率
>100W/m.k
，复合热导率
>1W/m.k
；所述气凝胶层在未压缩状态下，气凝胶孔隙率
>90
％，热导率
<0.1W/m.k
；优选地，所述气凝胶层在
5000
个应力循环下，其机械损伤导致其形变量小于
10
％；优选地，所述二维纳米材料为
h
‑
BN、
氮化铝
、
二硫化钼或石墨烯中的一种或多种；所述一维纳米材料为碳纳米管
、
膨胀石墨
、
泡沫铜
、
碳泡沫或石墨毡中的一种或多种
。3.
根据权利要求2所述的基于压缩应变的辐射热调控组件，其特征在于，所述气凝胶层通过以下方式得到：将所述一维纳米材料和所述二维纳米材料进行亲水处理；后放入去离子水中超声分散，得到浓度在
1mg/cm3～
10mg/cm3的气凝胶前驱液；再进行冷冻干燥处理，以获得高孔隙率的气凝胶；将获得的高孔隙率的气凝胶进行气相渗碳处理，以提高压缩循环性能，得到所述气凝胶层；优选地，所述一维纳米材料和所述二维纳米材料的质量比为5：1～1：
5。4.
根据权利要求1所述的基于压缩应变的辐射热调控组件，其特征在于：所述辐射制冷薄膜的太阳光的反射率
>90
％，8～
13
μ
m
大气窗口中红外发射率
>90
％；优选地，所述辐射制冷薄膜的撕裂强度
>5MPa
；优选地，所述辐射制冷薄膜的接触角
>90
°
。5.
根据权利要求4所述的基于压缩应变的辐射热调控组件，其特征在于：所述辐射制冷薄膜为采用红外高发射率聚合物和纳米粒子，通过静电纺丝方式制备的纤维叠层结构；优选地，所述红外高发射率聚合物为聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯
、
热塑性聚氨酯或聚氯乙烯；所述纳米粒子为二氧化硅
、
氧化钛
、
氧化铝
、
或氮化硼中的一种或多种，优选粒径为
0.2
～1μ
m
；优选地，所述辐射制冷薄膜厚度为
200
～
500
μ
m。6.
根据权利要求5所述的基于压缩应变的辐射热调控组件，其特征在于，所述辐射制冷薄膜通过以下方式得到：将红外高发射率聚合物加入到有机溶剂中溶解，得到
10wt
％～
20wt
％的静电纺丝溶液；向静电纺丝溶液中加入纳米粒子，得到的溶液中纳米粒子的质量浓度为
5wt
％～
10wt
％，均匀分散后，利用静电纺丝工艺，得到所述辐射制冷薄膜
。7.
根据权利要求1所述的基于压缩应变的辐射热调控组件，其特征在于：向所述辐射制冷薄膜施力的施力方式为机械施力；优选地，向所述辐射制冷薄膜施力的施力结构包括设置于所述辐射制冷薄膜上的连接件
、
与所述连接件连接可带动所述辐射制冷薄膜挤压所述气凝胶层从而使所述气凝胶层处于压缩状态的升降液压杆；所述升降液压杆可带动所述辐射制冷薄膜向使所述气凝胶层恢复原状的方向移动从而使所述气凝胶层处于未压缩状态；
优选地，向所述辐射制冷薄膜施力的施力结构包括与所述辐射制冷薄膜连接的固定杆
、
与所述固定杆通过升降铰链杆组连接可带动所述辐射制冷薄膜挤压所述气凝胶层从而使所述气凝胶层处于压缩状态的驱动电机；所述驱动电机可带动所述辐射制冷薄膜向使所述气凝胶层恢复原状的方向移动从而使所述气凝胶层处于未压缩状态；优选地，向所述辐射制冷薄膜施力的施力结构包括多个分布在所述辐射制冷薄膜上的松紧螺栓；通过拧紧所述松紧螺栓，带动所述辐射制冷薄膜挤压所述气凝胶层，从而使...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟垂舟，戴文华，禹伟，李国显，郭士杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：