一种微纳多孔-颗粒状复合辐射制冷薄膜涂层及其制备方法技术

本发明专利技术一种微纳多孔

【技术实现步骤摘要】
一种微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于被动日间辐射制冷领域，具体涉及一种微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜涂层及其制备方法
。

技术介绍

[0002]日益提高的温度稳定性需求推动了制冷的广泛应用，而传统制冷已经带来大量的功耗和碳排放
。
为打破气候变暖与制冷增长的恶性循环，日间被动辐射冷却
(PDRC)
技术这种被动
、
无功耗
、
无排放的技术备受瞩目，其原理是将波长范围约在
0.3
‑
2.5
μ
m
的太阳辐射波段高反射回去，同时把自身热量通过波长为8‑
13
μ
m
的大气透明窗口散发到
3K
的宇宙背景
。
这种被动辐射冷却技术不仅能降低建筑物的冷负荷，有利于缓解城市热岛效应和气候变暖问题，实现建筑物表面的自发降温，将对世界能源格局产生巨大影响
。
[0003]近年来，一些先进的
PDRC
技术引起了人们的广泛关注，为了调节光学特性并获得选择性控制的光谱发射，研究人员在纳米结构材料
、
光子晶体
、
叠层结构
、
金属
‑
介质
(
周期性光子
)
结构在实验和模拟方面都进行了广泛的探索
。
这种结构在太阳辐射范围能宽带反射并在大气透明窗口强发射，获得较好的制冷效果
。
但这些薄膜设计需要昂贵的制备和复杂严苛的工艺来实现满意的光学性能
。
因此，复杂性和高昂成本限制了规模化的实际应用
。
此外，在冷却功率和温差的理论限度内，这种昂贵的方法得不偿失
。
基于聚合物的薄膜材料由于较低的成本和规模化生产的潜力而备受青睐，但单纯的结构设计产生的制冷效果有限，仍需要进一步提升性能
。
因此，研究并开发简便
、
廉价
、
高效
、
环保并可规模化生产的
PDRC
材料是目前的一大挑战
。
[0004]针对光子晶体和叠层类型的辐射制冷薄膜，其主要点为：结构和工艺复杂，制备成本高昂；机械粘结不牢靠，层间容易出现脱落现象，且质地较硬，应用场景有限；其反射形式为镜面反射，易形成光污染
。
[0005]针对基于聚合物的多级孔辐射制冷薄膜，其主要缺点为：依靠单一种类散射体的常规散射能力来形成反射率，具有很强的厚度依赖性
。
散射体的大小难以控制
。
[0006]专利公开号：
CN110216924 A
公开了一种复合辐射制冷薄膜，此薄膜发射层中具有孔和以及添加剂，能够提高大气窗口波段的发射率，但对于太阳辐射的光谱反射率却没有提高，此专利为实现太阳能波段的高反射而设置了处于发射层下方的反射层，反射层仍然利用金属材料
。
故而，该专利结构复杂，并且未能避免金属的紫外吸收
。
[0007]专利公开号：
CN 114714692 A
公开了一种基于仿生玫瑰花瓣微纳结构的可见
‑
近红外分频型辐射制冷薄膜，此薄膜通过基于仿生玫瑰花瓣的微纳结构，自上而下设置透明仿生微纳结构层和多层薄膜结构层，实现了辐射制冷薄膜对太阳辐射能量选择性透过，实现可见
‑
近红外波段分频功能和大气窗口高发射性能，兼顾采光和制冷性能，拓宽了辐射制冷材料的适用范围
。
虽然薄膜使用低成本的聚合物材料，但仿生微纳结构的加工引入了湿法刻蚀技术和模板热压印法，同时多层膜结构层使用了真空磁控溅射法
、
电子束蒸发法
、
化学气相沉积法，这些加工工艺成本高且尺寸受限于设备，因此此类薄膜不具备大规模应用
的优势
。
[0008]专利公开号：
CN112375418 A
公开了一种多级多孔辐射制冷薄膜涂层的制备方法，此专利技术通过简单低成本的制备方法，通过产生多级孔结构增强了太阳辐射波段的反射率，但由于结构调控作用有限，其降温效果不够明显
。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种高效
、
低成本并可大规模生产的微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜涂层及其制备方法
。
由于该薄膜涂层具有微纳级孔结构和纳米颗粒结构，其太阳反射率高达
96.3
％，红外大气窗口波段
(8
‑
13
μ
m)
发射率高达
98.3
％，中红外波段
(5
‑
25
μ
m)
发射率高达
96.7
％，在正午太阳直射下仍可降温
10℃
左右
。
此外，该薄膜涂层还具有制备简单
、
疏水性好
、
机械延展性优异和成本低等一系列优越性，可在各种复杂表面上规模化应用
。
[0010]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0011]一种微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)
将高分子聚合物或硅烷及附加剂加入到第一溶剂中，混合均匀后，得到有机溶液或乳液；
[0013](2)
将微纳尺寸级别的介电颗粒加入到步骤
(1)
所得的有机溶液或乳液中，通过搅拌和超声作用，得到均匀分散的悬浮液；
[0014](3)
将步骤
(2)
得到的悬浮液倒入到所需尺寸的模具中或通过涂覆方式附着在基底平面上，得到初始涂层；
[0015](4)
将步骤
(3)
得到的初始涂层与第二溶剂进行溶剂替换得到水相侵入替换的多相混合涂层；
[0016](5)
将步骤
(4)
得到的多相混合涂层连同模具或基底平面放置于加热干燥装置中，在设定温度下干燥，得到固化后的微纳多孔
‑
颗粒状涂层，从模具或基底平面直接剥离即可得到微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜
。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，步骤
(1)
中，所述高分子聚合物为乙烯聚合物
、
氟乙烯均聚物
、
聚氨酯
、
环氧树脂聚合物
、
苯乙烯聚合物
、
聚对苯二甲酸乙二醇酯
、
聚偏二氟乙烯
、
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯
、(
甲基<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将高分子聚合物或硅烷及附加剂加入到第一溶剂中，混合均匀后，得到有机溶液或乳液；
(2)
将微纳尺寸级别的介电颗粒加入到步骤
(1)
所得的有机溶液或乳液中，通过搅拌和超声作用，得到均匀分散的悬浮液；
(3)
将步骤
(2)
得到的悬浮液倒入到所需尺寸的模具中或通过涂覆方式附着在基底平面上，得到初始涂层；
(4)
将步骤
(3)
得到的初始涂层与第二溶剂进行溶剂替换得到水相侵入替换的多相混合涂层；
(5)
将步骤
(4)
得到的多相混合涂层连同模具或基底平面放置于加热干燥装置中，在设定温度下干燥，得到固化后的微纳多孔
‑
颗粒状涂层，从模具或基底平面直接剥离即可得到微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜
。2.
根据权利要求1所述的一种微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述高分子聚合物为乙烯聚合物
、
氟乙烯均聚物
、
聚氨酯
、
环氧树脂聚合物
、
苯乙烯聚合物
、
聚对苯二甲酸乙二醇酯
、
聚偏二氟乙烯
、
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯
、(
甲基
)
丙烯酸酯聚合物或有机硅氧烷聚合物中的任一种或几种；所述硅烷为二甲基硅氧烷
、
甲基三乙氧基硅烷
、
乙烯基三乙氧基硅烷
、
二甲基二乙氧基硅烷或四乙氧基硅烷中任一种或几种；所述附加剂为保持或调节有机溶液或乳液状态的固化剂
、
粘合剂或引发剂中的任一种或几种，任一附加剂与高分子聚合物或硅烷的体积比例为
1:8
至
1:10
；所述第一溶剂为甲苯
、
二甲苯
、
辛烷
、
环己烷
、
环己酮
、
氯苯
、
二氯甲烷
、
甲醇
、
乙醇
、
异丙醇
、
环氧丙烷
、N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
二甲基甲酸胺
、
二甲基乙酰胺
、
二甲基亚砜
、
醋酸甲酯
、
醋酸乙酯
、
醋酸丙酯
、
丙酮
、
甲基丁酮
、
甲基异丁酮
、N
‑
甲基吡咯烷酮
、
乙二醇单甲醚
、
乙二醇单乙醚
、
乙二醇单丁醚
、
三氯乙烯
、
四氢呋喃
、
乙腈或三乙醇胺中任一种或几种；所述高分子聚合物或硅烷占有机溶液或乳液比例为
10
‑
60wt
％
。3.
根据权利要求1所述的一种微纳多孔
‑
颗粒状复合辐射制冷薄膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤
(2)
中，所述介电颗粒为二氧化硅
、
气溶胶二氧化硅
、
二氧化钛
、
氧化铝
、
氧化锆
、
硫酸钡
、
碳酸钙
、
硫酸钙
、
氧化钙
、
碳酸镁
、
氧化镁
、
氧化锌
、
氧化钇
、
氯化银
、
硫酸铅或氮化硼的一种或几种；...

【专利技术属性】
技术研发人员：敬登伟，马奔驰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：