一种辐射制冷薄膜制备方法、制备装置及辐射制冷薄膜

本发明属于辐射制冷相关，更具体地，涉及一种辐射制冷薄膜制备方法、制备装置及辐射制冷薄膜。

背景技术：

1、随着全球气候变暖，世界平均气温逐年上升，人们用于制冷的能耗日益增长。特别是城市中心这种人口、建筑密集的区域，热岛效应将进一步提升制冷的能耗与排放。因此，开发一种绿色环保的制冷方式，是一个亟待解决的问题。

2、近年来，越来越多的研究者将目光转向了辐射制冷技术，其降温过程零能耗、零排放，是一种理想的制冷技术。其主要原理分为两个部分：其一，大气层对于8-13μm波长的电磁波具有良好的透过性能，若物体在该波段具有高发射率(根据基尔霍夫定律，热平衡条件下发射率等于同温度吸收率)，则物体可将自身的热量以辐射的形式发射到宇宙空间中，而宇宙背景辐射温度仅有3k，是一个庞大的理想辐射冷源；其二，太阳是地表最主要的辐射热来源，其覆盖波段内(0.3-2.5μm)的总辐射热流最高可达近1kw/m2，若物体在该波段具有高反射率，就能减少太阳辐射的吸收。当物体同时满足上述两个条件时，便能够实现对外发射辐射热流高于吸收辐射热流，从而实现全天候的被动式辐射制冷效果。

3、基于该技术制备的辐射制冷薄膜，可广泛应用于农业、建筑、汽车、光伏等诸多领域，节省大量的制冷能耗，但目前大部分研究仅停留于小规模试验阶段，辐射制冷薄膜制备流程中通常存在诸如磁控溅射、真空沉积等复杂且成本较高的工艺，难以大规模推广。因此，需要开发一种大规模、低成本制备技术，提高辐射制冷技术推广的可行性。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种辐射制冷薄膜制备方法、制备装置及辐射制冷薄膜，解决了现有辐射制冷薄膜制备流程中通常存在诸如磁控溅射、真空沉积等复杂且成本较高的工艺，难以大规模推广的问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种辐射制冷薄膜制备方法，包括：

3、s1，在卷辊的表面设置凸起结构形成印压卷辊，通过所述印压卷辊对薄膜基材进行热印压处理，以在所述薄膜基材的表面形成相应的所述凸起结构；

4、s2，在所述薄膜基材表面的所述凸起结构之间填充设置纳米颗粒物；

5、s3，在所述凸起结构的表面设置保护膜，形成辐射制冷薄膜。

6、根据本发明提供的辐射制冷薄膜制备方法，s1中在通过所述印压卷辊对薄膜基材进行热印压处理之前还包括：

7、对所述薄膜基材进行预热处理，其中预热温度处于所述薄膜基材的粘流温度以下0-5℃的范围内。

8、根据本发明提供的辐射制冷薄膜制备方法，s1中通过所述印压卷辊对薄膜基材进行热印压处理具体包括：

9、控制所述印压卷辊对所述薄膜基材的热印压温度使所述热印压温度高于所述薄膜基材的粘流温度；

10、且根据所述薄膜基材的辊压移动速度对所述热印压温度进行调节，所述热印压温度随着所述薄膜基材的辊压移动速度的增加而增高。

11、根据本发明提供的辐射制冷薄膜制备方法，s1中热印压处理的热印压温度tr具体根据以下公式进行控制调节：

12、tf+5v≤tr≤tf+20v；

13、其中，tf为所述薄膜基材的粘流温度；v为所述薄膜基材的辊压移动速度。

14、根据本发明提供的辐射制冷薄膜制备方法，s2具体包括：

15、s21，利用静电喷枪将所述纳米颗粒物喷撒至所述薄膜基材设有所述凸起结构的一侧，且使得所述纳米颗粒物通过静电吸附在所述薄膜基材上；

16、s22，通过卷辊挤压喷撒所述纳米颗粒物之后的所述薄膜基材；

17、s23，通过接地的刮刀在所述凸起结构的表面刮去多余的所述纳米颗粒物进行回收，完成所述纳米颗粒物的填充设置。

18、根据本发明提供的辐射制冷薄膜制备方法，还包括：

19、s4，对所述辐射制冷薄膜进行近红外波段光的透光率检测，若透光率小于预设值，判定所述辐射制冷薄膜为合格品；

20、其中，近红外波段光具体为波长在2.5-20μm范围内的光。

21、按照本发明的第二方面，提供了一种辐射制冷薄膜制备装置，包括：缠绕有薄膜基材的第一放卷辊、印压辊组件、喷涂装置、缠绕有保护膜的第二放卷辊、热压辊组件以及收卷辊；所述印压辊组件包括支撑卷辊以及表面设有凸起结构的印压卷辊，所述薄膜基材从所述第一放卷辊放出输送至所述支撑卷辊和所述印压卷辊之间进行热印压处理，通过热印压处理在所述薄膜基材的表面形成相应的所述凸起结构；

22、所述喷涂装置设在所述印压辊组件之后、用于向所述薄膜基材设有所述凸起结构的一侧表面喷撒纳米颗粒物，所述第二放卷辊和所述热压辊组件设在所述喷涂装置之后，所述第二放卷辊用于将所述保护膜放出输送至所述薄膜基材设有所述凸起结构的一侧表面，所述热压辊组件用于在铺设所述保护膜之后对所述保护膜和所述薄膜基材进行热压处理以形成辐射制冷薄膜，所述收卷辊用于对所述辐射制冷薄膜进行收卷存放。

23、根据本发明提供的辐射制冷薄膜制备装置，还包括设在所述喷涂装置和所述第二放卷辊之间的挤压辊组件和刮刀组件；所述挤压辊组件用于通过卷辊挤压喷撒所述纳米颗粒物之后的所述薄膜基材，所述刮刀组件包括刮刀和回收容器，所述刮刀用于在所述凸起结构的表面刮去多余的所述纳米颗粒物并回收至所述回收容器中；

24、其中所述喷涂装置包括静电喷枪，所述刮刀连接有接地线。

25、按照本发明的第三方面，提供了一种辐射制冷薄膜，通过上述任一项所述的辐射制冷薄膜制备方法制备，包括：薄膜基材、纳米颗粒物及保护膜，所述薄膜基材的一侧表面设为凸起结构，所述纳米颗粒物填充在所述凸起结构之间的间隙中，所述保护膜设在所述凸起结构背离所述薄膜基材的一侧。

26、根据本发明提供的辐射制冷薄膜，所述凸起结构包括阵列排列的矩形凸台或圆形凸台，所述矩形凸台的边长为2-20μm，相邻两个所述矩形凸台形心间的距离为边长的1.5-5倍，所述矩形凸台的高度为边长的0.2-1倍；所述圆形凸台的半径为1-10μm，相邻两个所述圆形凸台圆心间的距离为半径的2.5-6倍，所述圆形凸台的高度为半径的0.4-2倍。

27、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的辐射制冷薄膜制备方法、制备装置及辐射制冷薄膜：

28、1.在薄膜基材上构造均匀排列的凸起结构，充分填充纳米颗粒物后，有机聚合物与纳米颗粒物之间的阻抗差异会强化交界面处的电磁波震荡，尤其是处于中红外波段的电磁波，从而导致该波段的吸收率提高，而根据基尔霍夫热辐射定律，该效应同样可以进一步强化薄膜基材在“大气窗口”波段的发射性能；

29、2.在凸起结构中填充的纳米颗粒物，其带隙高于或略微低于太阳辐射的最大光子能量(300nm紫外线光子能为4.13ev)，光子无法激发电子发生能级跃迁故几乎无法被纳米颗粒物吸收，故大大减少了对于太阳辐射能的吸收，从而进一步提升了辐射制冷性能；

30、3.提出了一套完整的基于卷辊制造工艺的辐射制冷薄膜制备方法，其中无需金属或金属氧化物涂层，且不涉及磁控溅射、真空沉积等复杂工艺，其生产方式简单、成本较低，能够高效率、大规模的进行生产制造，提高了辐射制冷技术推广的可行性，在建筑、汽车、农业等领域有广阔的应用前景。