[發明專利]一種具有白天被動制冷功能的結構色涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110184256.2
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112961533B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 劉沛;段將將;周軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C09D5/33
• 分類號: C09D5/33;C09D151/10
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 梁鵬;張彩錦

本發明屬于建筑新材料領域，并公開了一種具有白天被動制冷功能的結構色涂層，該涂層由以無機粉體為核、以高分子聚合物為殼而組成的大量核殼結構復合微球周期性排列而組成；其中無機粉體被設定為太陽光譜波段反射率高于0.85，高分子聚合物被設定為中紅外波段發射率高于0.85，并且核殼結構復合微球呈周期性排列。本發明還公開了相應的制備方法。通過本發明，無機粉體核保證涂層僅吸收極少的太陽光能量，而高分子聚合物殼保證涂層能持續向外發射能量，這種無機粉體在內、高分子聚合物在外的核殼結構提供了優異的制冷效果；與此同時，復合微球呈周期性排列還具備光子帶隙的特性，使涂層在不同方向反射不同波長范圍內的可見光，從而顯示出所需的結構色。

技術領域

本發明屬于建筑新材料領域，更具體地，涉及一種具有白天被動制冷功能的結構色涂層及其制備方法。

背景技術

目前，全球氣溫不斷上升，全球變暖趨勢越來越顯著，同時，能源危機問題日益嚴重。現有的建筑物制冷技術通常都是使用壓縮做功的熱循環即空調來實現制冷，但是一方面空調制冷會消耗巨大的能量，據統計建筑物制冷能耗已經占到了全球能耗的20％-50％，另一方面空調制冷所排放出的大量含氟烴類物質對大氣臭氧造成嚴重破壞，這兩個方面會導致全球變暖和能源危機的進一步加劇，形成惡性循環。因此，急需尋找一種顛覆性的建筑制冷材料與技術來解決這些問題。

輻射制冷技術是指熱源通過紅外輻射，途徑大氣紅外窗口與外太空冷源換熱，是一種零能耗的制冷技術，對于環境保護和降溫節能具有重大意義。近些年有研究人員通過嚴格的光子學設計實現了這樣的目標，但其所使用的精密納米加工技術使其難以用于實際商用；之后也陸續有一些相關的白天輻射制冷技術發表，并推動了這一領域的研究狀況。

然而，進一步的研究表明，現有技術中的輻射制冷涂層或薄膜表面都是白色或者金屬銀色。一方面，出于審美或功能考慮，白色通常不適合作為建筑物或其他物體的表面顏色，而且過多的白色或銀色反光會對人眼產生傷害。因此，我們需要設計出具有白天降溫功能的彩色涂層來滿足多方面的需求。另一方面，雖然可以通過簡單加入彩色顏料的方法來制備彩色涂層，但這樣無法避免地會導致涂層大量吸收可見光波段的能量，導致輻射制冷涂層的功能性受到較大影響。

相應地，如何更為高效、合理地制得同時兼備對太陽光的高反射性和優良外彩色外觀兩種特性的輻射制冷涂層，正成為本領域中亟待解決的技術問題之一。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種具有白天被動制冷功能的結構色涂層及其制備方法，其中通過對其關鍵組成成分及其特性和作用機理、尤其是核殼結構復合微球的排列方式要求等方面做出針對性的研究改進，相應所制得的輻射制冷涂層與現有產品相比，不僅能夠同時反射太陽光譜和發射中紅外光譜，確保優異的制冷效果，而且在無需加入彩色顏料的條件下也可使得該涂層在不同方向反射不同波長范圍的可見光，從而顯示出所需的結構色；本發明所設計的制備工藝路線還具備便于操作、可控性好和適用性強等特點，因而尤其適用于建筑之類對象的輻射制冷和外觀美化等應用場合。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種具有白天被動制冷功能的結構色涂層，其特征在于：

該涂層由以無機粉體為核、以高分子聚合物為殼而組成的大量復合微球周期性排列而組成；其中對于各個復合微球而言，所述無機粉體構成微球的核心且其粒徑在0.05μm～1μm之間，所述高分子聚合物包裹在該無機粉體的外側且構成厚度在1nm～100nm之間的外殼，由此共同構成一種核殼結構的復合微球；

此外，所述無機粉體被設定為太陽光譜波段反射率高于0.85，所述高分子聚合物被設定為中紅外波段發射率高于0.85；上述具備核殼式結構的大量復合微球呈周期性排列并且呈現光子帶隙的特性，使得涂層在不同方向上可反射不同波長范圍內的可見光，從而顯示出結構色。

作為進一步優選地，所述涂層的整體厚度被設定為0.1mm～1mm。