一种低成本大面积无能耗辐射制冷复合薄膜及制备方法与流程

本发明涉及一种温控材料，涉及一种低成本大面积无能耗辐射制冷复合薄膜材料设计及其制备方法。

背景技术：

随着社会的发展和进步，人类对能源的需求越来越大。面对巨大的能源问题，人们一方面通过开发新能源可再生能源，另一方面也在寻求的能耗或零能耗产品和设备。目前人类的能源消耗中，制冷占据了非常大的比重。面对这样巨大的能源消耗，大家希望能够通过某种方式，减少能源的损耗。

鉴于宇宙是一个大的低温容器，如果我们能将地球的热量成功传递出去，或许，我们就可以解决制冷问题。基于这样一个大胆直接的想法，通过材料的选择和结构设计将物体表面的热量通过释放长波红外(8-13um)的红外热辐射的方式，将热量释放到大气层以外，从而实现物体表面低于室温或低于同等条件下不进行辐射制冷的情况下的物体温度的目的，即辐射制冷(radiativecooling)。辐射制冷早在上个世纪60年代就已经引起关注和研究，由于夜间没有可见光能量输入，所以很多夜间制冷的设备已被实现和制备。但是基于材料和加工手段的限制，这个设想一直只能在夜晚无光照条件下施行。日光下的辐射制冷这个理论构想没有被很好的实现。因为要实现辐射制冷，原理上除了要保证在大气窗口的辐射以外，还要尽可能降低可见光的吸收。

近几年，由于微纳加工的发展，人们通过光子晶体，超构材料等结构设计，实现了一定的辐射制冷效果。但是由于微纳加工难度大成本很高，并且很难实现大面积制备，因此很难进行市场推广和实际应用。

本发明公开了通过简单工业化方法，制备具有辐射制冷效果的大面积薄膜。优点包括：本辐射制冷薄膜可以实现优异的降温效果，太阳光能量平均反射率达到97％，大气窗口平均辐射率达到95％。该薄膜具有辐射效率高、太阳光能量吸收小、对太阳光入射角度不敏感、广角度辐射；且工艺简单、成本低廉、可大面积制备；具有柔性、耐高温、阻燃等一系列优点。

技术实现要素：

本发明公开了一种通过简单工业化方法，设计并制备一种低成本大面积无能耗辐射制冷复合薄膜。该薄膜结构设计合理，层间结合强度高，使用性能稳定，寿命长，制冷效果良好，使用时安全可靠。

一种低成本大面积无能耗辐射制冷复合材料膜设计，该材料采用多层复合结构，结构自上而下，包括疏水层1，紫外吸收荧光粗糙层2，保护层3，日光反射层4，保护层3。其主要其特征在于:

所述疏水层1为聚二甲基硅氧烷，厚度是50-300um；

所述紫外吸收荧光层2为微纳粉末和荧光剂混合物，厚度是30um(薄膜中微纳粉末即碳酸钙、碳酸钡等碳酸根化合物、氧化物或硫化物)，粉末颗粒大小为5-20um；；

所述保护层3为聚乙烯或聚丙烯薄膜，厚度是20-100um；

所述日光反射层4为聚丙烯或聚乙烯混合碳酸钙、碳酸钡等碳酸根化合物、氧化物、硫化物等微纳颗粒构成的薄膜层。厚度为100-400um，颗粒大小为5-50um；

①将微米颗粒和聚丙烯溶液混合，然后挤压的方式生成薄膜，制备成日光反射层4。

②将聚合物溶液通过共挤压的方式，压制在日光反射层两表面，构成保护层3。

③将添加微纳粉末和荧光剂混合物喷涂在含有日光反射层和保护层的一面，形成紫外吸收荧光粗糙层2。

④将制备好的聚二甲基硅氧烷溶液喷涂或刮涂在薄膜表面形成疏水层1；

该薄膜体系具有辐射效率高、太阳光能量吸收小、对太阳光入射角度不敏感、广角度辐射的特点太阳光能量平均反射率达到97％，大气窗口平均辐射率达到95％。

本辐射制冷薄膜可以实现优异的降温效果，且工艺简单、成本低廉、可大面积制备，成功突破了大面积推广应用的红外辐射制冷薄膜材料的难题，柔性、耐高温、阻燃等一系列优点也使得它可被用于建筑，交通工具，航天等各个领域。

附图说明

图1为辐射制冷多层薄膜结构示意图，其中1是红外辐射疏水层，2是保护功能层，3是日光反射层，4是紫外吸收荧光粗糙层；5是日光反射层。

具体实施方式

实施例一：首先配置聚二甲基硅氧烷溶液，将购买的道康宁溶液的a和b成分，以10：0.8的比例混合，然后通过磁力搅拌使其混合均匀，静置待用。其次，将微纳颗粒与有机物混合共挤出来制成100um的太阳能反射层，然后与聚乙烯一起通过共挤出方式制成三明治结构形成20um的保护层，然后将颗粒物与紫外荧光剂的混合物喷涂在太阳能反射层形成5um的紫外吸收粗糙层。接着将已制好的薄膜的粗糙面(紫外吸收层)朝上放在刮膜机平板表面，将配置好的聚二甲基硅氧烷溶液适量倒置在薄膜刮涂初始端，选择型号为50um规格线棒以一定速度进行刮涂。将涂覆好的薄膜再次放入烘箱中，以100摄氏度进行固化一小时。最后取出静置冷却。

实施例二：首先配置聚二甲基硅氧烷溶液，将购买的道康宁溶液的a和b成分，以10：1.5的比例混合，然后通过磁力搅拌使其混合均匀，静置待用。其次，将微纳颗粒与有机物混合共挤出来制成250um太阳能反射层，然后与聚乙烯一起通过共挤出方式制成三明治结构形成60um的保护层，然后将颗粒物与紫外荧光剂的混合物喷涂在太阳能反射层形成12um的紫外吸收粗糙层。接着将已制好的薄膜的粗糙面(紫外吸收层)朝上放在刮膜机平板表面，将配置好的聚二甲基硅氧烷溶液适量倒置在薄膜刮涂初始端，选择型号为150um刮刀以一定速度进行刮涂。将涂覆好的薄膜再次放入烘箱中，以100摄氏度进行固化一小时。最后取出静置冷却。

实施例三：首先配置聚二甲基硅氧烷溶液，将购买的道康宁溶液的a和b成分，以10：2的比例混合，然后通过磁力搅拌使其混合均匀，静置待用。其次，将微纳颗粒与有机物混合共挤出来制成400um太阳能反射层，然后与聚乙烯一起通过共挤出方式制成三明治结构形成100um保护层，然后将颗粒物与紫外荧光剂的混合物喷涂在太阳能反射层形成20um紫外吸收粗糙层。接着将已制好的薄膜的粗糙面(紫外吸收层)朝上放在刮膜机平板表面，将配置好的聚二甲基硅氧烷溶液适量倒置在薄膜刮涂初始端，选择型号为300um刮刀以一定速度进行刮涂。将涂覆好的薄膜再次放入烘箱中，以100摄氏度进行固化一小时。最后取出静置冷却。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种低成本大面积无能耗辐射制冷复合薄膜和制备方法。该薄膜自下而上包括日光反射层、紫外吸收荧光层、红外辐射疏水层、保护层组成。该薄膜体系具有辐射效率高、太阳光能量吸收小、对太阳光入射角度不敏感、广角度辐射的特点太阳光能量平均反射率达到97％，大气窗口平均辐射率达到95％。本辐射制冷材料可以实现优异的降温效果，且工艺简单、成本低廉、可大面积制备，成功突破了大面积推广应用的红外辐射制冷薄膜材料的难题，柔性、耐高温、阻燃等一系列优点也使得它可被用于建筑，交通工具，航天等各个领域。

技术研发人员：李世民;郝加明;姚尧;许昊;邓惠勇;孙艳;陈鑫;戴宁
受保护的技术使用者：中国科学院上海技术物理研究所
技术研发日：2019.03.29
技术公布日：2019.07.05