一种辐射制冷装置及其在冰川保护中的应用

本发明涉及应用，尤其涉及一种辐射制冷装置及其在冰川保护中的应用。

背景技术：

1、随着全球气候持续变暖，沉睡了数万年甚至几十万年的冰川开始加速消融，一项新研究表明，因极地冰川消融导致未来海平面上升的程度可能被低估，为此，减缓冰川消融速度已迫在眉睫，近年来研究者们正在不断寻找办法来保护冰川。

2、一开始，有研究人员通过在冰川上开展降雪实验来实现冰川保护，降雪会使冰川变白，增加冰川的物质量，同时也会提高冰川的反照率，从而减缓冰川消融。也有研究人员使用土工织物作为隔热材料做了减缓冰川消融的实验，数据显示，土工织物覆盖区域物质平均衡消融速率明显低于未覆盖区域，但土工布的反射率仅能达到80%，疏水性也较差，此外，其表面会因自然灰尘沉积变黑，减少反照率，这不利于长期有效地保护冰川。以上两种用于减缓冰川消融的方法都存在一定的局域性，很难更大范围地推广。因此，迫切需要一种新的方法来缓解冰川日益消融对生态造成的危害。

3、辐射制冷作为一种零能耗、零污染的新型制冷技术，为有效减缓冰川消融提供了新的策略和机遇。宇宙是一个巨大的冷源，其温度几乎接近于绝对零度（0 k），而地球环境温度为300k。所以，地面上的物体可以通过热辐射的形式在大气窗口（8-13µm）处将热量传递到外太空，同时，在日间通过最小化太阳能（0.3-2.5µm）吸收实现了低于环境温度的降温效果，从而实现辐射制冷。因此，利用辐射制冷技术，设计一种有效减缓冰川消融的方法是很有必要的，可极大地促进了生态可持续性发展。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种可长久有效地缓解了冰川消融的辐射制冷装置。

2、本发明所要解决的另一个技术问题是提供该辐射制冷装置在冰川保护中的应用。

3、为解决上述问题，本发明所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：该装置由厚度在150~300微米之间的辐射制冷涂层涂覆在隔热保温层上构成；所述隔热保温层由具有均匀空气泡结构的塑料膜组成，每个空气泡的高度在1毫米到3毫米之间，直径大小在7毫米到11毫米之间，每相邻两个空气泡之间的间距在1毫米到3毫米之间；所述辐射制冷涂层由以下质量份数的原料组成：功能颜料10~25份、疏水组分4~6份、粘结剂20~40份、去离子水30~40份、分散剂3~5份、润湿剂1~5份、消泡剂1~4份、流平剂1~3份。

4、所述功能颜料为氧化锆、氧化硅、氮化硅、氮化硼、硫酸钡、碳酸钙中的不少于一种复合而成，其中每种颜料的粒径在100纳米到2微米之间，电子带隙在5电子伏特到9电子伏特之间，折射率在1.5到2.5之间。

5、所述疏水组分为十二氟庚基丙基甲氧基硅烷，1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或两种。

6、所述粘结剂为丙烯酸乳液、羟基丙烯酸乳液、氟碳乳液、苯丙乳液中的一种或两种。

7、所述分散剂为byk-154、disperbyk-2014、anti-terra-u 100中的一种或者两种。

8、所述润湿剂为disperbyk-181、disperbyk-2081、byk-1165中的一种或者两种。

9、所述消泡剂为byk-1794、byk-1723、byk-019中的一种或者两种。

10、所述流平剂为aquatix 8421、garamite-2578、optigel-cg中的一种或者两种。

11、所述隔热保温层的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种。

12、如上所述的一种辐射制冷装置的制备方法，包括以下步骤：

13、⑴按配比称重；

14、⑵将去离子水、粘结剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、流平剂混合分散均匀后加入功能颜料和疏水组分，利用高速分散机，先在400~800r/min的转速搅拌90~120min，然后用100~200目丝网进行过滤，即得辐射制冷涂层，密封保存；

15、⑶在环境温度为15~30℃、空气相对湿度低于85%的条件下，将所述辐射制冷涂层采用刷涂、滚涂或0.8mpa压缩空气枪在隔热保温层上涂覆两次，涂覆完毕后静置室温固化，即得辐射制冷装置。

16、如上所述的一种辐射制冷装置在冰川保护中的应用，其特征在于：将辐射制冷装置铺设在冰川表面，四周用白色反光布包覆的石块按压固定即可。

17、本发明与现有技术相比具有以下优点：

18、1、本发明中添加具有优异光谱选择性的功能颜料，这些颜料具有特定的能带结构，折射率及消光系数。通过添加具有广泛粒径分布的颜料获得具有多个介电对比度的界面，实现了对太阳光的多重散射，同时，颜料所具有的复杂晶体结构和适当的键强度使其在8-13µm波段范围内出现出较多的红外光声子模式，这整体提高了材料对太阳光的反射性能和红外辐射性能，表现出良好的辐射制冷性能（如图2~4所示）。

19、2、本发明采用的隔热保温层具有空气泡结构，有利于隔热保温，减少空气与冰面的对流传热，有效实现防冰；同时该结构具有优异的机械性能，可进行不同程度的弯曲和拉伸，适宜在不同坡度的冰面铺设，有利于在大范围面积内防止冰的消融。

20、3、本发明所制备的涂层材料具有良好的柔韧性，即使在冰面极低温度下工作也不会因为变脆而破裂；此外，所制备的涂层材料因为含氟结构的存在使其具有超疏水特性，能有效实现自清洁，即使在室外受到风、沙、雨等复杂环境的影响也能长久保持涂层的高反射率和高发射率特性，极大地提高了涂层在户外防冰的使用寿命。

21、4、本发明装置具有优异的柔韧性、疏水性、耐候性、工作宽温域（-30°c~70°c）等特性，可满足不同应用场景对制冷的需求，并且在获得优异的辐射制冷性能的同时，还表现出良好的柔韧性和疏水性，可长久有效地缓解了冰川消融，极大地促进了生态可持续性发展。

22、5、本发明工艺简单，成本低廉，生产效率高，可实现大规模工业生产。

技术特征：

1.一种辐射制冷装置，其特征在于：该装置由厚度在150~300微米之间的辐射制冷涂层（1）涂覆在隔热保温层（2）上构成；所述隔热保温层（2）由具有均匀空气泡结构的塑料膜组成，每个空气泡的高度在1毫米到3毫米之间，直径大小在7毫米到11毫米之间，每相邻两个空气泡之间的间距在1毫米到3毫米之间；所述辐射制冷涂层（1）由以下质量份数的原料组成：功能颜料10~25份、疏水组分4~6份、粘结剂20~40份、去离子水30~40份、分散剂3~5份、润湿剂1~5份、消泡剂1~4份、流平剂1~3份。

2.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：所述功能颜料为氧化锆、氧化硅、氮化硅、氮化硼、硫酸钡、碳酸钙中的不少于一种复合而成，其中每种颜料的粒径在100纳米到2微米之间，电子带隙在5电子伏特到9电子伏特之间，折射率在1.5到2.5之间。

3.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：所述疏水组分为十二氟庚基丙基甲氧基硅烷，1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：所述粘结剂为丙烯酸乳液、羟基丙烯酸乳液、氟碳乳液、苯丙乳液中的一种或两种。

5.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：所述分散剂为byk-154、disperbyk-2014、anti-terra-u 100中的一种或者两种。

6.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：所述润湿剂为disperbyk-181、disperbyk-2081、byk-1165中的一种或者两种。

7.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：所述消泡剂为byk-1794、byk-1723、byk-019中的一种或者两种。

8.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：所述流平剂为aquatix 8421、garamite-2578、optigel-cg中的一种或者两种。

9.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置，其特征在于：所述隔热保温层（2）的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种。

10.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置的制备方法，包括以下步骤：

11.如权利要求1所述的一种辐射制冷装置在冰川保护中的应用，其特征在于：将辐射制冷装置铺设在冰川表面，四周用白色反光布包覆的石块按压固定即可。

技术总结
本发明涉及一种辐射制冷装置，该装置由厚度在150~300微米之间的辐射制冷涂层涂覆在隔热保温层上构成。隔热保温层由具有均匀空气泡结构的塑料膜组成，每个空气泡的高度在1毫米到3毫米之间，直径大小在7毫米到11毫米之间，每相邻两个空气泡之间的间距在1毫米到3毫米之间；辐射制冷涂层由以下质量份数的原料组成：功能颜料10~25份、疏水组分4~6份、粘结剂20~40份、去离子水30~40份、分散剂3~5份、润湿剂1~5份、消泡剂1~4份、流平剂1~3份。同时，本发明还公开了该辐射制冷装置在冰川保护中的应用。本发明具有优异的柔韧性、疏水性、耐候性、工作宽温域等特性，并且在获得优异的辐射制冷性能的同时，还表现出良好的柔韧性和疏水性，可长久有效地缓解了冰川消融。

技术研发人员：高祥虎,康小洁,汪增强,张永志,岳乾
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15