[發明專利]一種自清潔被動輻射制冷涂料及其制備方法、涂層結構

有效

• 申請號: 202110535904.4
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113278331B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 張衛東;蔡元柱;張紅強;李艷穩;劉聯華;馮雅;秦杰;竇枚
• 申請（專利權）人: 中國建筑西南設計研究院有限公司
• 主分類號: C09D125/14
• 分類號: C09D125/14;C09D7/62;C09D7/61;C09D5/33
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 房云

本發明公開了一種自清潔被動輻射制冷涂料及其制備方法、涂層結構。該涂料包括被動輻射制冷底漆和透明超疏水自清潔面漆。該制備方法通過納米親水二氧化硅、1M鹽酸、正硅酸乙酯、十六烷基三甲氧基硅烷、水制備得到透明超疏水自清潔面漆。該涂層結構為被動輻射制冷底漆和透明超疏水自清潔面漆形成雙層結構。本發明的益處：證明溶膠凝膠法制備的透明超疏水罩面涂料對白天被動輻射制冷涂層太陽反射率的影響很小，但增強了白天被動輻射制冷涂層在大氣窗口的選擇性紅外輻射；超疏水自清潔透明罩面涂料使得白天被動輻射制冷涂料能夠保持長久的高太陽反射率和制冷性能。白天被動輻射制冷底漆提高了透明超疏水自清潔罩面涂料的耐熱老化和抗紫外老化性能。

技術領域

本發明屬于被動輻射制冷領域，具體為一種自清潔被動輻射制冷涂料及其制備方法、涂層結構。

背景技術

對于一個白天直面天空的表面而言，存在如下的三種熱現象；(1)表面吸收的短波太陽熱P_sun和大氣層以紅外的形式向表面輻射的熱量P_atm；(2)表面以紅外形式向大氣層或/和大氣層外的宇宙空間輻射的熱量P_rad；(3)表面與其相接觸的環境和空氣之間通過傳導和對流進行的熱交換。其中，表面以紅外形式輻射出的熱量減去表面所吸收的大氣層以紅外形式向下輻射的熱量稱為表面以紅外形式輻射出去的凈熱量，與表面的紅外輻射率ε以及表面絕對溫度T_s四次方和有效天空絕對溫度T_sky的四次方之差成正比：σ為斯特凡玻爾茲曼常數。

在壓制傳導和對流的情況下，當表面以紅外形式向外輻射的凈熱量大于表面所吸收的太陽熱時，就會發生表面溫度低于環境氣溫的白天被動輻射制冷現象。要觀察到明顯的白天被動輻射制冷現象，嚴格要求表面的太陽反射率不低于94％，總體紅外輻射率或大氣窗口(8～13μm)的選擇性紅外輻射率越高越好！通過大氣窗口的選擇性紅外輻射以大氣層外寒冷的宇宙空間(+3K或-273℃)為散熱器，直接將表面的熱量散發到外太空。

由于涂層材料和其它非金屬材料一樣自身具有很高的紅外輻射率，因此，對于涂層材料而言，只需要盡可能提高其太陽反射率即可！傳統的太陽熱反射隔熱涂料太陽反射率通常低于90％，表面溫度在陽光直射的中午時段高于環境氣溫。而白天的被動輻射制冷涂料的太陽反射率不低于94％，即使在陽光直射的正午，表面溫度也低于環境氣溫。此時的涂層表面就像一個制冷源一樣，不斷向外散熱，同時，通過熱傳導的方式將表面下邊空間的溫度降低。

顯然，不像空調的主動制冷那樣，既耗費電能又只是把室內空間的熱量排放到室外環境，白天被動輻射制冷既無需電能驅動，又可以通過紅外輻射的形式將室內熱量通過表面散發到遠離地表的大氣層或外太空，既有利于減少不可再生化石能源的燃燒發電，減少霧霾的形成和二氧化碳的排放；又可以減緩城市熱島效應和全球氣候變暖的趨勢！

白天被動輻射制冷的上述社會及經濟效益優勢使得這項技術自2014年首次成功實現以來，成為了過去幾年世界范圍內最前沿最熱門的研究領域之一。

在我們前期的研究中，通過引入熒光制冷的新機制，克服逾越了傳統太陽熱反射隔熱涂料太陽反射率不高于90％的弱點，制備出有效太陽反射率為94％的熒光及輻射制冷涂料，成功實現了白天尤其是陽光直射下的被動輻射制冷。但其太陽反射率還有待于進一步提高，以實現更高的白天被動輻射制冷效果。

由于白色表面的太陽反射率最高，利于壓制表面對太陽熱的吸收，因此迄今為止，現有的白天被動輻射制冷技術的外觀均為單一的白色。而白色表面的太陽反射率通常會因為被灰塵和其它污染物玷污而出現下降進而失去制冷性能。研究結果表明，灰塵聚集是造成白色表面太陽反射率下降的主要因素！

發明內容