一种多孔网状结构辐射制冷薄膜及其制备方法

专利2026-06-14  12


本发明属于被动日间辐射制冷领域,具体涉及一种多孔网状结构辐射制冷薄膜及其制备方法。


背景技术:

1、随着城市化进程的加快,人们对能源的需求和消耗日益增长。当前,制冷所消耗的能量已占建筑总用电量的20%以上,并且超过全球总用电量的10%。传统的制冷系统不仅消耗大量电能,还因制冷剂的使用进一步加剧了全球变暖。因此,开发一种绿色低碳的制冷方式已刻不容缓。

2、辐射制冷作为一种被动制冷方案,可以在不消耗能源的情况下冷却物体。具体是指地球表面物体在高效率反射太阳光的同时,通过“大气窗口”波段向宇宙发射红外辐射以降低自身温度的过程。由于宇宙背景近乎一个温度为2.7k的理想黑体光谱,而地球表面平均温度约为290k,因此地球向宇宙的红外辐射可用于制冷地球表面物体。与从太阳热源收集能量的技术策略类似,辐射制冷可以作为一种利用宇宙冷源的可再生能源技术,不仅能够用于建筑物的降温,还可应用于电子设备、汽车航天等多种领域,具有广阔的应用前景。

3、 2013年,范等人提出了首个被动日间辐射制冷(pdrc)金属介电光子结构的理论设计,通过调整材料的光谱响应实现日间辐射制冷。2014年,他们首次通过实验实现了pdrc,在银镜上沉积七个交替电介质层组成,反射97%的入射阳光,同时在大气透明窗口中选择性地发射,实现4.9℃的亚环境制冷。然而,高制造成本限制了光子结构的规模生产。最近,杨等人开发了一种新型的玻璃-聚合物复合材料,该材料以聚甲基戊烯为基体,其中均匀分散着二氧化硅微球。在银涂层的作用下,该材料具有高达93%的红外发射率和96%的太阳波段反射率,在阳光直射下的辐射制冷功率达到93w/m2。当下,无需使用反射金属层的多孔聚合物涂层起广泛关注,这种涂层的多孔结构能够有效地增强太阳光的反向散射,而其聚合物中的丰富官能团则展现出在大气窗口内高发射率的巨大潜力。这不仅赋予了材料卓越的制冷性能,还因其制备工艺的多样性和广泛的适用性而备受青睐。聚合物基辐射制冷材料的引入能够显著提升pdrc系统在实际应用中的可扩展性和适应性。此外,随着原材料市场价格的进一步下降,其应用前景将更加广阔。然而,基于聚合物的多孔辐射制冷薄膜也存在一些缺点:它依赖于单一类型散射体的常规散射能力来形成反射率,因此对厚度有较强的依赖性,且散射体的尺寸难以精确控制。


技术实现思路

1、为了避免现有技术的不足之处,本发明提供了一种多孔网状结构辐射制冷薄膜制备方法。无需金属反射层,制备方法简单,且具有良好的适应性,在物体表面降温、建筑物制冷等方面具有广阔的应用前景。

2、本发明的目的之一在于提供一种高效、低成本、可大规模生产的多孔网状结构辐射制冷薄膜及其制备方法。

3、本发明的目的之二在于不添加无机颗粒的前提下,实现了颗粒-孔隙的复合结构,有效提高了紫外可见波段的反射率,增强了综合辐射制冷性能。

4、本发明合成的多孔网状结构辐射制冷薄膜材料是以聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)为原料,n,n-二甲基甲酰胺(dmf)为溶剂,经过非溶剂诱导相分离策略制备的,具体制备过程包括以下步骤:

5、1、称取1-2g pmma,8-9g dmf至烧瓶中,在80℃下搅拌1-3h,得到透明溶液;

6、2、将步骤1获得的透明溶液滴在干净的玻璃板上,通过刮刀刮涂获得厚度为100-300um的透明涂层;

7、3、将步骤2得到的透明涂层,通过喷洒去离子水的方式进行非溶剂诱导相分离,得到白色湿膜;

8、4、将步骤3获得的白色湿膜放置于通风处,进行干燥,固化后将薄膜从玻璃板剥离即可得到多孔网状结构辐射制冷薄膜。

9、本发明的有益效果

10、1、本发明提供一种多孔网状结构辐射制冷薄膜及其制备方法,其特征是以pmma为原料,dmf为良性溶剂,水为非溶剂,通过喷洒非溶剂的策略制备,仅需实验室常用的普通设备,不需专用设备,工艺过程简单易操作;

11、2、该方法获得的多孔网状结构辐射制冷薄膜在紫外-可见-近红外波段具有高达97%的反射率,在红外波段具有98%的发射率;

12、3、该方法获得的多孔网状结构辐射制冷薄膜在户外测试中最高可达到16℃的亚环境制冷;

13、4、本发明所使用的药品均无毒无害且价格低廉,制备后无需复杂繁琐步骤,特别适合批量、低成本制备,适合工业化规模生产与商业化应用;

14、5、本发明提供的多孔网状结构辐射制冷薄膜成功应用于车辆辐射制冷领域。



技术特征:

1.一种多孔网状结构辐射制冷薄膜的制备方法,具体制备过程包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的多孔网状结构辐射制冷薄膜的制备方法,其特征在于,pmma的用量为1.5g,dmf的用量为8.5g。

3.根据权利要求1所述的多孔网状结构辐射制冷薄膜的制备方法,其特征在于,dmf为良溶剂,水为非溶剂,通过喷洒的方式实现非溶剂诱导相分离。

4.根据权利要求1所述的多孔网状结构辐射制冷薄膜的制备方法,其特征在于,所述辐射制冷薄膜应用于车辆户外辐射制冷领域。


技术总结
本发明涉及一种多孔网状结构的辐射制冷薄膜及其制备方法,制备方法包括以下步骤:称取PMMA,DMF至烧瓶中,在80℃下搅拌2h,得到透明溶液,将透明溶液滴在玻璃板上,通过刮刀刮涂获得透明涂层,通过喷壶喷水的方式进行非溶剂诱导相分离,得到白色湿膜,将湿膜放置于通风处,进行干燥,固化后即可得到多孔网状结构辐射制冷薄膜。其特征是通过喷洒的方式进行非溶剂诱导相分离,并在未添加无机粒子的情况下,实现了颗粒‑孔隙复合结构,大大提高了薄膜的太阳波段反射率和红外发射率。在户外的辐射制冷测试中,实现了最高16℃的亚环境制冷。应用于汽车模型户外制冷测试时,最高实现了22℃的辐射制冷效果。

技术研发人员:张誉瀚,董梓琪,郭增生,齐方正,杨晓冬,孙一强,李村成
受保护的技术使用者:济南大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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