[發明專利]一種輻射降溫薄膜、其制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010559925.5
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111718584A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 周涵;張海文;錢珍莉;范同祥
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K13/04;C08K7/18;C08K5/5415;C08L27/18;C08K13/02;C08K3/22;C08K5/14;C08K7/00;C08L77/00;C08L27/06;C08L63/00;C08J5/18;B29C41/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種輻射降溫薄膜，薄膜為陶瓷顆粒、有機溶液、固化劑混合形成的陶瓷顆粒混合有機固化前驅液固化后形成，所述薄膜的表面形成有微納米光子結構陣列，微納米光子結構陣列包括若干個呈陣列的微納米光子的結構基元。還公開了輻射降溫薄膜的制備方法及其應用。該薄膜在太陽光波段具有95％的反射率，在大氣窗口波段具有96％的輻射率，光照條件下最多可比周圍環境低10℃，且同時具備較好的柔性與強度及優異的疏水性。采用多刻蝕雙旋涂真空熱固化工藝低成本大面積地制備該輻射冷卻薄膜。該輻射冷卻薄膜在人體可穿戴降溫、可降溫晴雨傘以及器件散熱方面的應用，通過熱輻射形式從主體表面及內部除去熱量實現降溫的方法。

技術領域

本發明屬于功能復合材料技術領域，特別涉及一種輻射降溫薄膜、其制備方法及其應用。

背景技術

隨著人們生活水平的提高以及城市化建設的發展，對于冷卻技術以及冷卻設備方面產生了巨大的需求。常用的冷卻設備依靠蒸汽壓縮制冷系統實現降溫效果，如冰箱以及空調等。然而這些冷卻設備不僅會消耗大量的能源，同時制冷劑(如氫氟烴)的使用會造成全球變暖效應影響，這又會進一步對環境產生嚴重危害。由于制冷技術絕大多數是通過消耗不可再生的化石資源，實際上產生更多的熱積累，使得地球變得更加炎熱。因而制冷設備在運行過程中產生的大量的熱量會加劇溫室效應以及城市熱島效應。研究表明，冷卻系統消耗了全球15％的電力，引起10％的溫室氣體排放。每降低1℃，可以節省3-5％的電力。而由于全球變暖、人口增長、工業發展等原因，21世紀世界范圍內對制冷和空調的能源需求急劇增加。到2050年，人類對于制冷的需求將增長十倍，因此，對能源形勢和環境問題的日益關注，使人們需要盡快做出應對策略，以提高現有冷卻系統的效率和尋求新的替代冷卻技術。因而開發新型制冷系統這將是新世紀的重大挑戰。

輻射制冷利用透明大氣窗口向外太空輻射熱量，在理想氣候條件下，輻射冷卻可以實現將近70％的能源節省。相較于傳統的冷卻器件，輻射冷卻器件不需要外界任何的供能裝置，無需耗電耗能，且無CO₂等溫室氣體及其他有害物的排放，產生凈冷卻效應。既節約能源又沒有污染，符合當今可持續發展的趨勢，是一種綠色環保的被動式制冷方式。輻射冷卻效果的實現主要是基于以下兩個方面：首先，對流層的平均溫度一般在250K左右，全年大部分地區的平均溫度都遠低于該溫度，并且大氣層之外的宇宙微波背景的熱黑體輻射在2.7K左右，因此這兩者可以作為地球上的輻射冷卻器件散熱的“冷卻庫”。其次，地球的大氣層在波長范圍8-13μm的中紅外波段的透過率很高，稱之為透明大氣窗口。透明大氣窗口允許物體通過該波段的熱輻射與“冷卻庫”進行熱量交換。圍繞著輻射冷卻器件有不少的文獻報道，如中國專利CN107923718A，名稱為“用于輻射冷卻和加熱的系統和方法”，該專利的技術特點在于提供用于輻射冷卻和加熱的系統和方法，例如，用于輻射冷卻的系統可以包括頂層，所述頂層包括一種或多種聚合物，其中所述頂層在至少一部分熱譜中具有高的發射率和在至少一部分太陽光譜中具有近似為零的電磁消光系數、近似為零的吸收率以及高的透射率，并且進一步地包括反射層，所述反射層包括一種或多種金屬，其中所述反射層在至少一部分太陽光譜中具有高的反射率。但是該技術制備較為復雜，成本較高，且輻射冷卻效果仍需要進一步提升。再如中國專利CN 109070695A，名稱為“輻射冷卻結構和系統”，該專利的技術特點為提供了聚合物基的選擇性輻射冷卻結構，該輻射冷卻結構包括聚合物或聚合物基復合材料的選擇性發射層。典型選擇性輻射冷卻結構采取薄片、膜或涂層的形式。但是該技術難以同時獲得較高的可見-近紅外反射率與大氣窗口輻射率，同時，該方法的單層材料難以同時滿足可見近紅外的反射率以及紅外發射率的共同提高，因此，需要陶瓷材料層來提高中紅外輻射率，需要金屬層增大可見近紅外波段的反射率，制備要求較為復雜。

發明內容

本發明提供一種輻射降溫薄膜，利用薄膜自身高反射率從而減少對于太陽光的吸收，同時通過向外界進行熱輻射的形式，去除主體多余的熱量，實現被動降溫的效果；