【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于辐射制冷的陶瓷复合材料、辐射制冷结构及其制备方法、包含该结构的辐射制冷装置及其制备方法，属于辐射制冷、尤其是被动辐射制冷领域。
技术介绍
1、夏天的高温使人们不得不待在空调房里，但是，长期吹空调，一方面不利于身体健康，另一方面也需要消耗大量电能，其中使用的制冷剂也具有很强的温室效应。2019年，使用空调和电风扇的空间制冷占全球建筑总用电量的20％左右，这产生了约1gt的碳排放。在热带和亚热带地区，由于夏季时间长、太阳辐射强、环境温度高、湿度大，导致耗电量和碳排放更大。
2、被动辐射制冷结构可以将波长范围约在0.3-2.5μm的太阳光反射回去，同时把自身热能以红外(ir)光的形式通过波长为8-13μm的大气透明窗口散逸到温度极低(-270℃)的外太空。这样，无需损耗电能就能实现建筑物表面的自发降温，有望替代基于空气压缩的制冷系统。与上述主动辐射制冷技术不同，被动辐射制冷技术是一项绿色技术，可以实现零能耗的低于环境温度的制冷。
3、对于夜间辐射制冷技术的研究由来已久。最近，人们对于日间被动辐射制冷(daytime passive radiative cooling，dprc)进行了深入研究，以将这项技术从夜间推向日间。但是相对于夜间被动辐射制冷，日间被动辐射制冷更具有挑战性。因为夜间没有太阳照射，地面或建筑物不会被加热，而在日间时，存在太阳照射，地面或建筑物吸收来自太阳热能的速度比散发的快。因此，为了实现日间被动辐射制冷，除了高红外红外发射率外，还需要制冷装置或制冷材料具有超高的太阳光反
4、在过去的几年中，已经进行了大量关于日间辐射制冷的研究，采用了许多有效的策略来构建日间辐射制冷装置，包括多层光子结构、多孔聚合物薄膜、无机粒子-聚合物复合材料和无机粒子涂层。文献1(passive radiative cooling below ambient airtemperature under direct sunlight,a.p.raman et al.,nature 515,540-544(2014))通过实验证明了由七层hfo2和sio2组成的一维光子晶体在美国加利福尼亚州斯坦福的冬季中午实现了低于环境温度5℃的制冷。文献2(scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytime radiative cooling,y.zhai et al,science 355(2017))开发了一种sio2颗粒和tpx聚合物的复合薄膜，在秋天的中午(在美国亚利桑那州洞溪)，太阳辐照度高于900wm-2的情况下实现约93wm-2的平均制冷功率。文献3(hierarchically porous polymer coatings for highly efficient passive daytimeradiative cooling,j.mandal et al.,science 362,315-318(2018))报道了一种多孔聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)pvdf-hfp涂层，其太阳反射率为0.96，红外发射率为0.97，在3月(在美国亚利桑那州菲尼克斯)在太阳辐照度为890wm-2的情况下实现了低于环境温度6℃的制冷。文献4(a radiative cooling structural material,t.li et al,science 364,760-763(2019))开发了一种基于白色木头的制冷器，其具有0.96的太阳反射率和0.90的红外窗口红外发射率，在10月(美国亚利桑那州洞溪)中午产生低于环境温度4℃的制冷。最近，文献5(scalable and hierarchically designed polymer film as a selectivethermal emitter for high-performance all-day radiativecooling.nat.nanotechnol,d.li et al,16,153-158(2021))通过静电纺丝展示了一种基于聚环氧乙烷(peo)纳米纤维的选择性热红外发射器，其具有0.96的太阳反射率和在8-13μm波长范围内的0.78的红外发射率，在12月(在中国南京)在太阳辐照度为900wm-2的情况下显示低于环境温度5℃的制冷。
5、尽管已经取得了这些斐然的成绩，但大多数先前报道的辐射制冷装置和材料/涂层都是在中纬度地区的非夏季月份实现了亚环境制冷。众所周知，在热带/亚热带沿海地区的夏季，由于太阳强度高(例如在香港高达1.0千瓦每平方米)、湿度高(例如在香港高达95％)和环境温度高(例如在香港最高可达40℃)，对制冷的需求尤其巨大，而高太阳强度、高湿度和高环境温度这些都是负面因素，会给辐射制冷带来严重的挑战。因此，上述文献报道的辐射制冷装置或材料/涂层很可能无法满足热带/亚热带沿海地区(例如香港)的夏季降温的需求，只有那些近乎完美的具有红外选择性的辐射制冷装置才能在这些地区实现低于环境温度的制冷。
6、此外，目前的辐射制冷装置大多结构过于复杂，无法满足大规模应用的要求。迄今为止，只有少数无红外选择性的基于聚合物薄膜的制冷装置实现了大规模制造。理想的辐射制冷装置应具有接近1的太阳反射率、在大气窗口具有高红外发射率以及高光谱选择性以确保窗口外的低红外发射率。此外，从实际应用的角度来看，理想的辐射制冷装置应具有可扩展性、低成本和环境稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术存在的一个或多个问题，提供一种用于辐射制冷的陶瓷复合材料、一种辐射制冷结构及其制备方法、一种辐射制冷装置及其制备方法、及它们在节能领域、尤其是日间辐射制冷领域中的应用。本专利技术的陶瓷复合材料、辐射制冷结构及辐射制冷装置具有非常高的太阳反射率、红外选择性和红外发射率、机械强度优异，制备方法简单易行、绿色环保、成本低、适合大规模制造。
2、根据本专利技术的第一个方面，提供了一种用于辐射制冷的陶瓷复合材料，包括碳氧化硅基体和红外发射增强颗粒，所述碳氧化硅例如为sicxoy，其中x为0-2，y为0-2。
3、在一些实施方式中，基于所述陶瓷复合材料的总质量，所述红外发射增强颗粒的质量分数为0-99％，例如为10％-80％。
4、在一些实施方式中，所述红外发射增强颗粒分散在和/或嵌入所述碳氧化硅层中。
5、在一些实施方式中，所述红外发射增强颗粒为微米级或纳米级的颗粒，如二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、碳酸钙颗粒、硫酸钡颗粒和二氧化锆颗粒中的至少一种、两种或更多种。
6、在一些实施方式中，所述红外发射增强颗粒的粒径为10nm-100μm，优选为100nm-10μm，更优选为200nm-5μm。
7、在一些实施方式中，所述陶瓷复合材料在8-13μm波长范围内的红外发射率高于0.85，例如大于等于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于辐射制冷的陶瓷复合材料，包括碳氧化硅基体和红外发射增强颗粒，所述碳氧化硅例如为SiCxOy，其中x为0-2，y为0-2。
2.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，基于所述陶瓷复合材料的总质量，所述红外发射增强颗粒的质量分数为0-99％，例如10％-80％；和/或，所述红外发射增强颗粒分散在和/或嵌入所述碳氧化硅基体中。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述红外发射增强颗粒为微米级或纳米级的颗粒，如二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、二氧化锆颗粒、硫酸钡颗粒和碳酸钙颗粒中的至少一种；和/或，所述红外发射增强颗粒的粒径为10nm-100μm，优选为100nm-10μm，更优选为200nm-5μm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料在8-13μm波长范围内的红外发射率高于0.85，例如大于等于0.88；和/或，所述陶瓷复合材料的红外选择性高于1.30，例如大于等于1.4。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料通过如下方
6.一种辐射制冷结构，包括：
7.根据权利要求6所述的辐射制冷结构，其中所述红外发射层包括或为权利要求1-5中任一项所述的陶瓷复合材料，或由权利要求1-5中任一项所述的陶瓷复合材料制成。
8.根据权利要求6或7所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述红外发射层的厚度为1-100μm，优选为2-50μm，更优选为3-10μm。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述太阳能反射层包括太阳能反射率高于0.9、例如大于等于0.95的金属或陶瓷材料，或者由它们制成，所述金属包括例如银；和/或，所述太阳能反射层的厚度为30-1000nm，例如100-500nm。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述太阳能反射层在0.3-2.5μm太阳波长范围内的反射率高于0.95，例如大于等于0.98。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述辐射制冷结构还包括位于所述太阳能反射层和所述红外发射层之间的抗氧化层。
12.根据权利要求6-11中任一项所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述抗氧化层的厚度为1-100nm，例如3-10nm。
13.根据权利要求6-12中任一项所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述抗氧化层包括抗氧化材料或由抗氧化材料制成，所述抗氧化材料包括金属氧化物，例如氧化铝；和/或，所述抗氧化层是透明的。
14.根据权利要求6-13中任一项所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述辐射制冷结构的太阳能反射率高于0.95，例如大于等于0.98；和/或，所述辐射制冷结构在8-13μm波长范围内的红外发射率高于0.85，例如大于等于0.88；和/或，所述辐射制冷结构的红外选择性高于1.35，例如大于等于1.4。
15.一种用于制备根据权利要求6-14中任一项所述的辐射制冷结构的方法，包括：
16.一种辐射制冷装置，包括：
17.根据权利要求16所述的辐射制冷装置，其特征在于，所述辐射制冷装置还包括位于所述辐射制冷结构之上的超疏水层。
18.一种用于制备权利要求16或17所述的辐射制冷装置的方法，包括：
19.权利要求1-5中任一项所述的陶瓷复合材料、权利要求6-14中任一项所述的辐射制冷结构、根据权利要求15所述的方法制备的辐射制冷结构、权利要求16或17所述的辐射制冷装置、或根据权利要求18所述的方法制备的辐射制冷装置，在节能领域、尤其是日间辐射制冷领域中的应用。
20.一种降温/去除热量的方法，包括将权利要求1-5中任一项所述的陶瓷复合材料、权利要求6-14中任一项所述的辐射制冷结构、根据权利要求15所述的方法制备的辐射制冷结构、权利要求16或17所述的辐射制冷装置、或根据权利要求18所述的方法制备的辐射制冷装置与待降温/去除热量的物体接触、或置于待降温/去除热量的环境中、或与降温/去除热量的环境接触。
...【技术特征摘要】
1.一种用于辐射制冷的陶瓷复合材料，包括碳氧化硅基体和红外发射增强颗粒，所述碳氧化硅例如为sicxoy，其中x为0-2，y为0-2。
2.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，基于所述陶瓷复合材料的总质量，所述红外发射增强颗粒的质量分数为0-99％，例如10％-80％；和/或，所述红外发射增强颗粒分散在和/或嵌入所述碳氧化硅基体中。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述红外发射增强颗粒为微米级或纳米级的颗粒，如二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、二氧化锆颗粒、硫酸钡颗粒和碳酸钙颗粒中的至少一种；和/或，所述红外发射增强颗粒的粒径为10nm-100μm，优选为100nm-10μm，更优选为200nm-5μm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料在8-13μm波长范围内的红外发射率高于0.85，例如大于等于0.88；和/或，所述陶瓷复合材料的红外选择性高于1.30，例如大于等于1.4。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料通过如下方法制备：将所述红外发射增强颗粒与碳氧化硅前体溶液混合得到混合物，使所述混合物中的碳氧化硅前体(例如与水和氧气)反应固化生成碳氧化硅基体，从而形成所述陶瓷复合材料；和/或，所述碳氧化硅前体包括羟基封端的聚二甲基硅氧烷。
6.一种辐射制冷结构，包括：
7.根据权利要求6所述的辐射制冷结构，其中所述红外发射层包括或为权利要求1-5中任一项所述的陶瓷复合材料，或由权利要求1-5中任一项所述的陶瓷复合材料制成。
8.根据权利要求6或7所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述红外发射层的厚度为1-100μm，优选为2-50μm，更优选为3-10μm。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述太阳能反射层包括太阳能反射率高于0.9、例如大于等于0.95的金属或陶瓷材料，或者由它们制成，所述金属包括例如银；和/或，所述太阳能反射层的厚度为30-1000nm，例如100-500nm。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的辐射制...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。