CN101775271B - 一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料 - Google Patents

一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料 Download PDF

Info

Publication number
CN101775271B
CN101775271B CN2009102473297A CN200910247329A CN101775271B CN 101775271 B CN101775271 B CN 101775271B CN 2009102473297 A CN2009102473297 A CN 2009102473297A CN 200910247329 A CN200910247329 A CN 200910247329A CN 101775271 B CN101775271 B CN 101775271B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
emissivity
reversible change
under normal
mno
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009102473297A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101775271A (zh
Inventor
马一平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN2009102473297A priority Critical patent/CN101775271B/zh
Publication of CN101775271A publication Critical patent/CN101775271A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101775271B publication Critical patent/CN101775271B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Building Environments (AREA)

Abstract

一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料，涉及一种低温下具有低发射率(小于0.30)、高温下具有高发射率(大于0.80)、且两种不同性质可在18℃左右发生可逆变化的材料。该材料由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3和掺加的稀土元素组成，稀土元素的掺加量为(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.001％-0.1％；所述x为0≤x≤0.30；所述稀土元素为市售的Pr、Eu、Er或Y。采用该材料可使冬冷夏热地区建筑物在夏季不消耗矿物能源的情况下通过辐射致冷使室内温度下降5-10℃，而在冬季可依靠其较低的发射率使室内温度较少地降低。本发明材料来源广泛、价格低廉、加工制作简单、使用操作方便、对环境无毒无害，具有很大的实际应用价值和社会价值。

Description

一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料
技术领域
本发明涉及一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料，属于材料科学与工程科学技术领域。
背景技术
房屋的冬暖夏凉是人类自古以来追求的梦想，遗憾的是现实中往往出现冬冷夏热，房屋建筑本身由于自身的限制很难达到冬暖夏凉的作用。近代以来，随着科技进步，建筑行业也步入高速发展阶段，各种新技术，新材料成功的运用到建筑上，很大程度的改善了建筑的功能，人类的居住环境也越来越舒适，但是营造建筑的冷热舒适环境的最常用方式是人工供暖供冷，这种方式大量消耗了地球宝贵的矿物能源，且污染环境，加剧全球温室效应。据统计，美国建筑能耗已占全美总能耗的40％，在我国仅采暖能耗也已占到全国总能耗的30％左右，且随着空调的普遍使用建筑能耗增势迅猛，能源和环境保护形势更加逼人，建筑行业的节能降耗迫在眉睫。
鉴于太阳能能量巨大，分布广，永久，清洁的优点，可充分利用其热量，另一方面，地球表面物体的温度远远高于深冷空间的温度，可进行辐射致冷，人们利用太阳能的热量和深冷空间的冷量来营造舒适的居住环境进行了大量的探索，如特朗伯墙，该墙在一年时间内，在室温控制在20℃的情况下提供了总需热量的70％。可调太阳墙，此墙在冬季可将室温提高7℃以上，在夏季可降室温5℃以上。TIM(Transparent Insulation Material)材料，该材料冬季利用墙面的黑色涂料吸收热量传到室内，夏季利用自动遮阳装置将太阳辐照几乎全部反射掉，装有TIM材料的住宅在断电后，住户能依赖太阳能安全而舒适地生活近两年。在辐射致冷方面，D.Michell和K.L.Biggs建立了以tedlar板为屋顶的房子，在环境温度为10℃，室内温度为5℃的时候，测得有效致冷功率为22W/m2。A.Adder等人建立了用辐射致冷材料作盖顶的房子，对室内外的温度作了对比和记录。J.A.Saobagh建立了白漆和铝板作盖顶的房子，测得致冷功率为50W/m2。
上述方法在营造建筑热舒适环境中取得了较好的效果，但是实际推广中却受到价格和空间等的限制。
建筑材料是建筑物的重要组成部分，其热效果会影响建筑物的热环境，构成建筑物的材料如地面、墙体和屋面使用的混凝土、砂浆、水泥、钢筋、砖、砌块、沥青等，其太阳吸收率和发射率与建筑物的热环境密切相关。此前的研究发现，材料日间暴晒效果主要受其太阳吸收率的影响，与发射率无关；材料夜间辐射致冷效果与发射率相关，与太阳吸收率无关。所以从调节建筑热舒适角度看，不同地区建筑对建筑材料热物性有不同的要求：寒冷地区要求材料高太阳吸收率，低发射率的性质；炎热地区要求材料具有低太阳吸收率，高发射率的性质；冬冷夏热地区，则要求材料在冬季具有高太阳吸收率，低发射率性质，到了夏季则转变为低太阳吸收率，高发射率性质。此前对常规建筑材料日间曝晒和夜间辐射致冷热效果进行了研究，从调节室内热环境看常规建材并不适合任何地区使用。
S.F.Cogan等采用c-LixWO3和a-WO3配合制成了通电前后发射率在0.33-0.8之间变化的膜层；J.S.Hale等采用s-WO3和NiO配合制成了通电前后发射率在0.057-0.595之间变化的膜层；A.L.Larsson等采用将a-WO3或c-WO3沉积到ITO(Indium Tin Oxide)涂层玻璃表面上制成了通电前后发射率在0.2-0.5之间变化的膜层。由于一般材料的发射率性能在常温范围均基本不随温度变化，故这种材料均需借助其中的电子或离子在电位作用下产生的变化使材料的发射率呈现变化，故其应用适用于窗玻璃、空间飞行器等场合，难以在建筑物表面采用。鉴于建筑物需要温致发射率大幅度可逆变化性质的材料，需要进行探索研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低温下具有低发射率(小于0.30)、高温下具有高发射率(大于0.80)、且两种不同性质可在18℃左右发生可逆变化的材料，采用该材料可使冬冷夏热地区建筑物在夏季不消耗矿物能源的情况下通过辐射致冷使室内温度下降5-10℃，而在冬季可依靠其较低的发射率使室内温度较少地降低。
为了达到上述目的，本发明采用电致变色方法对材料的发射率进行调制研究，探索出在冬冷夏热地区，需要发射率随温度大幅度可逆变化的材料。该材料由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3中掺加稀土元素组成。稀土元素的掺加量为(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.001％-0.1％；
上述x为0≤x≤0.30；
上述稀土元素为市售的Pr、Eu、Er或Y。
(以上材料总量满足：100.001％-100.1％)。
其制备方法：先按照中国发明专利ZL 2003 1 0108561.5中的方法制得(La0.8Sr0.2)1-xMnO3，然后量取Pr、Eu、Er或Y等稀土元素的重量为(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.001％-0.1％，混和并充分研磨，压制成圆片，在1000℃空气中烧制15h，经粉碎后再次研磨、压制成圆片，在空气中于1200℃烧制20h后，随炉冷却到室温，可制得0≤x≤0.30的一系列由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3中掺加稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。
该材料的发射率测定样品制备：将待测材料研磨，然后用丙烯酸、有机硅等胶粘剂制成涂料状，涂覆在40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，将其置于无灰尘处晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其法向发射率。
该材料辐射制冷效果的测定：采用如图1所示装置进行。进行辐射致冷实验时，将装置置于室内一昼夜，使其与环境达到热平衡。然后将装置置于晴朗、无风、无月夜晚的空旷处，每隔一小时记录一次致冷空间温度和环境温度，致冷空间温度与环境温度间的最大温差为相对温降。
本发明具有如下优点：
1.由于本发明材料是由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3中掺加稀土元素组成，因此，发射率可随温度大幅度可逆变化，变化幅度可达0.60以上，故其具有夏季通过辐射致冷大幅度室内温度(降温效果可达5-10℃)，但到冬季则由于转变为低发射率性质而具有少辐射散失房屋自身已有热能的作用。
2.由于本发明材料是由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3和Pr、Eu、Er、Y等稀土元素的材料组成，因此，低温下具有低发射率(小于0.30)、高温下具有高发射率(大于0.80)、且两种不同性质可在18℃左右发生可逆变化，采用该材料可使冬冷夏热地区建筑物在夏季不消耗矿物能源的情况下通过辐射致冷使室内温度下降5-10℃，而在冬季可依靠其较低的发射率使室内温度较少地降低。
3.本发明材料来源广泛、价格低廉、加工制作简单、使用操作方便、对环境无毒无害，具有很大的实际应用价值和社会价值。
附图说明
图1为本发明的辐射致冷实验装置示意图
图中，1-样品材料；2-铝板；3-温度计；4-泡沫塑料；5-木箱。
具体实施方式
实施例1
先按照中国发明专利ZL 200310108561.5中的方法，配比称量市售的La2O3，SrCO3，Mn3O4粉末，制得(La0.8Sr0.2)1-xMnO3，然后量取上海跃龙化工厂生产的Pr稀土元素的重量为(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.001％，(以上材料总量满足100.001％)。混和并充分研磨，压制成圆片，在1000℃空气中烧制15h，经粉碎后再次研磨、压制成圆片，在空气中于1200℃烧制20h后，随炉冷却到室温，可制得0≤x≤0.30的一系列由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3中掺加Pr稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。
将上述制得常温温致发射率大幅度可逆变化材料与丙烯酸粘结剂按1∶0.05(质量比)混合拌制成涂料样品材料1，涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其高温时法向发射率为0.86、低温时法向发射率为0.25、转变温度约为18℃。用图1的实验装置测得其高温下辐射降温效果为5℃、低温下辐射降温效果为2℃。
实施例2
(La0.8Sr0.2)1-xMnO3的制备与实施例1相同，然后量取上海跃龙化工厂生产的Eu稀土元素的重量为(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.01％，(以上材料总量满足100.01％)。再按照实施例1的方法将其研磨成粉后，压制成圆片，在1000℃空气中烧制15h，经粉碎后再次研磨、压制成圆片，在空气中于1200℃烧制20h后，随炉冷却到室温，制得0≤x≤0.30的一系列由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3中掺加Eu稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。
将上述制得常温温致发射率大幅度可逆变化材料与丙烯酸粘结剂按1∶0.05(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其高温时法向发射率为0.89、低温时法向发射率为0.27、转变温度约为18℃。采用图1所示实验装置测得其高温下辐射降温效果为6℃、低温下辐射降温效果为2℃。
实施例3
除了量取上海跃龙化工厂生产的Er稀土元素的重量为(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.1％，(以上材料总量满足100.1％)外。其余方法均与实施例1相同，制得0≤x≤0.30的一系列由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3中掺加Er稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。
将上述制得常温温致发射率大幅度可逆变化材料与丙烯酸粘结剂按1∶0.05(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其高温时法向发射率为0.91、低温时法向发射率为0.23、转变温度约为18℃。采用图1所示实验装置测得其高温下辐射降温效果为9℃、低温下辐射降温效果为1℃。
实施例4
除了量取上海跃龙化工厂生产的Y稀土元素的重量为(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.01％，(以上材料总量满足100.01％)外。其余方法均军与实施例1相同，制得0≤x≤0.30的一系列由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3中掺加Y稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。
将上述制得常温温致发射率大幅度可逆变化材料与丙烯酸粘结剂按1∶0.05(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其高温时法向发射率为0.93、低温时法向发射率为0.22、转变温度约为18℃。采用图1所示实验装置测得其高温下辐射降温效果为10℃、低温下辐射降温效果为1℃。

Claims (1)

1.一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料，其特征在于：该材料由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3和掺加的稀土元素组成，稀土元素的掺加量为(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.001％-0.1％；将(La0.8Sr0.2)1-xMnO3和稀土元素混和并充分研磨，压制成圆片，在1000℃空气中烧制15h，经粉碎后再次研磨，压制成圆片，在空气中于1200℃烧制20h后，随炉冷却到室温制得；
上述x为0≤x≤0.30；
上述稀土元素为市售的Pr、Eu、Er或Y。
CN2009102473297A 2009-12-29 2009-12-29 一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料 Expired - Fee Related CN101775271B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102473297A CN101775271B (zh) 2009-12-29 2009-12-29 一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102473297A CN101775271B (zh) 2009-12-29 2009-12-29 一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101775271A CN101775271A (zh) 2010-07-14
CN101775271B true CN101775271B (zh) 2012-06-06

Family

ID=42511859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009102473297A Expired - Fee Related CN101775271B (zh) 2009-12-29 2009-12-29 一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101775271B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107560224A (zh) * 2017-09-08 2018-01-09 赵文立 一种辐射制冷膜

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000256862A (ja) * 1999-03-10 2000-09-19 Kansai Research Institute 複合酸化物膜の製造方法
CN1329655A (zh) * 1998-12-07 2002-01-02 金荣建 多用途远红外辐射材料组合物
CN1391290A (zh) * 2001-06-08 2003-01-15 昆明理工大学 一种光辐射感生电压材料及其薄膜的制备方法
WO2003100899A1 (en) * 2002-05-28 2003-12-04 Honeywell Speciality Chemicals Seelze Gmbh Method of preparing mixed oxides comprising lanthanum, strontium and manganese for electrodes in fuel cells
CN1544390A (zh) * 2003-11-13 2004-11-10 同济大学 一种温致发射率可逆变化材料

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1329655A (zh) * 1998-12-07 2002-01-02 金荣建 多用途远红外辐射材料组合物
JP2000256862A (ja) * 1999-03-10 2000-09-19 Kansai Research Institute 複合酸化物膜の製造方法
CN1391290A (zh) * 2001-06-08 2003-01-15 昆明理工大学 一种光辐射感生电压材料及其薄膜的制备方法
WO2003100899A1 (en) * 2002-05-28 2003-12-04 Honeywell Speciality Chemicals Seelze Gmbh Method of preparing mixed oxides comprising lanthanum, strontium and manganese for electrodes in fuel cells
CN1544390A (zh) * 2003-11-13 2004-11-10 同济大学 一种温致发射率可逆变化材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN101775271A (zh) 2010-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zeng et al. Optimal parameters of green roofs in representative cities of four climate zones in China: A simulation study
Sfakianaki et al. Theoretical and experimental analysis of the thermal behaviour of a green roof system installed in two residential buildings in Athens, Greece
Sghiouri et al. Comparison of passive cooling techniques in reducing overheating of clay-straw building in semi-arid climate
Ashmawy et al. Buildings orientation and it's impact on the energy consumption
Gupta Thermal efficiency of building clusters: an index for non air-conditioned buildings in hot climates
CN101775271B (zh) 一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料
Muhaisen Effect of wall thermal properties on the energy consumption of buildings in the Gaza strip
Ruiz-Valero et al. Living wall system for improved thermal performance of facades located in tropical climate. Case study in Dominican Republic
CN101768382B (zh) 一种空调型建筑涂料
CN100364923C (zh) 一种温致发射率可逆变化材料
Garde et al. Bringing simulation to implementation: presentation of a global approach in the design of passive solar buildings under humid tropical climates
CN101671502B (zh) 一种低吸收率高发射率涂料填料
Gopinath et al. A short review on measuring impact of microencapsulated phase change material in mitigating urban heat island
Akalp et al. The effect of solar control elements on building energy consumption in hot dry climate regions the case of Diyarbakir
von Tils Effect of trees and greening of buildings on the indoor heating and cooling load–microscale numerical experiment
Soni et al. An overview of green building control strategies
CN101748807A (zh) 一种寒冷地区建筑用集热组合材料
Huang et al. Thermal analysis of tibetan vernacular building-Case of Lhasa
Pavlou et al. The impact of several construction elements on the thermal performance of solar chimneys
Hastings 2.3 Passive solar contribution in high-performance housing
CN101748850A (zh) 一种常温温致红外吸收反射可逆转换组合材料
Lai et al. Smulation Study on Window to Wall Ratio Optimization of Different Window Typesin Office Buildings in Chengdu
Khan et al. Thermal Performance of Vegetated Facades–What India Can Learn
Stazi et al. Traditional houses with stone walls in temperate climates: the impact of various insulation strategies
Nazif et al. Zero Energy House Design for Cyprus: enhancing energy efficiency with vernacular techniques

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120606

Termination date: 20141229

EXPY Termination of patent right or utility model