CN110041735A - 一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料。由保护层、反射层和红外发射层组成；所述保护层材料为惰性材料，厚度为50～500 nm，保护反射层不与空气接触；所述反射层材料为银，厚度为120~500 nm；银在0.3～25μm波段的反射率大于0.96；所述红外发射层材料为氧化铝单晶，厚度为100～1000μm；所述涂层材料在0.3～3μm太阳辐射波段的平均反射率大于0.95，在8～13μm“大气窗口”的发射率为0.6～0.9。本发明涂层材料的结构简单，原料易得。

Description

一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料
技术领域
本发明属于能源利用技术领域，具体涉及到白天辐射制冷技术。
背景技术
制冷是全球能源的一个重要最终用途。在我国，建筑能耗占社会总能耗30%左右，其中约55%用于采暖和制冷，在发达国家，上述比例更高。在低纬度地区，需要制冷的时间较多，制冷能耗所占比例更大。近年来，由于“温室效应”和全球变暖加剧，全球的制冷需求显著增加，因而不需要消耗额外能量的被动制冷技术受到广泛关注。
辐射制冷是一种典型的被动制冷方式。辐射制冷是指地面上的物体通过“大气窗口”之一的8～13μm波段与温度很低的外太空进行辐射换热从而达到一定的冷却效果。辐射制冷是一种不耗能、零污染的制冷方式，其可应用于太阳能电池散热、提高太阳能电池效率，电子设备散热，建筑节能等领域。由于空调制冷产生的电力需求峰发生在白天，白天辐射制冷还能减小电网负荷峰谷差，降低电网冲击。因此，实现辐射制冷，尤其是实现白天辐射制冷，将对降低建筑物能耗、节能减排有着积极的影响。
为实现白天辐射制冷，物体应该在太阳辐射波段（0.3~3 μm）高反射率（即低吸收率），在“大气窗口”波段（8~13 μm）高发射（吸收）率。目前很难找到单一材料达到上述光谱要求，常用手段是通过不同材料组合，使光谱特性尽量满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料，该涂层材料具有所需光谱选择性，结构简单，制冷效果显著。
一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料，由依次设置的保护层、反射层和红外发射层组成；
所述保护层材料为惰性材料，保护反射层不与空气接触；
所述反射层材料为银；
所述红外发射层材料为氧化铝单晶；
所述涂层材料在0.3～3 μm太阳辐射波段的反射率大于0.95，在8～13 μm的“大气窗口”的发射率为0.6～0.9。
进一步限定的技术方案如下：
所述惰性材料为二氧化硅薄膜（SiO2）、氧化铝薄膜（Al2O3）中的一种，厚度为50～500nm。
所述反射层材料银在0.3～25 μm波段的反射率大于0.96，厚度为120~500 nm。
所述氧化铝单晶厚度为100～1000 μm。
所述氧化铝单晶的表面上镀设有氮化硅层（Si3N4），氮化硅层的厚度为10～500nm。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明涂层材料光谱选择性强，在0.3～3 μm太阳辐射波段的平均反射率大于0.95；在8～13 μm“大气窗口”通过调节氮化硅的厚度，实现发射率为0.6～0.9之间变化，在3～8μm波段和13～25 μm波段具有较低发射率。
2.本发明涂层材料的结构简单，原料易得。
3.本发明涂层材料通过设置保护层，隔绝反射层的银与空气直接接触，避免银被氧化而影响涂层材料反射率。
附图说明
图1为一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料结构示意图；
图1中的序号：保护层1、反射层2、红外发射层3。
图2为实施例1涂层材料的光谱吸收（发射）率图。
图3为实施例2涂层材料的光谱吸收（发射）率图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1
参见图1，一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料由依次设置的保护层1、反射层2、红外发射层3组成。
保护层1材料为50 nm厚的二氧化硅薄膜（SiO2）；反射层2材料为150 nm厚的银，银在0.3～25 μm波段的反射率大于0.96。红外发射层3材料为350 μm厚的氧化铝单晶。
涂层材料在太阳辐射波段（0.3～3 μm）反射率为0.95，在“大气窗口”波段（8～13μm）发射（吸收）率为0.6。涂层材料的光谱吸收（发射）率如图2所示。
实施例2
参见图1，一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料由依次设置的保护层1、反射层2、红外发射层3组成。
保护层1材料为90 nm厚的氧化铝薄膜（Al2O3）；反射层2材料为200 nm厚的银，红外发射层2材料为500 μm厚的氧化铝单晶的表面上镀10~500 nm厚的氮化硅层（Si3N4），根据氮化硅的厚度调控涂层材料在“大气窗口”波段（8～13 μm）的发射率。涂层材料在太阳辐射波段（0.3～3 μm）反射率为0.95，在“大气窗口”波段发射（吸收）率根据氮化硅厚度的变化在0.6~0.9之间。
氮化硅厚度为90 nm时，涂层材料在太阳辐射波段（0.3～3 μm）反射率为0.95，在“大气窗口”波段发射（吸收）率为0.82。涂层材料的光谱吸收（发射）率如图3所示。

Claims (5)

1.一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料，其特征在于：由依次设置的保护层、反射层和红外发射层组成；
所述保护层材料为惰性材料，保护反射层不与空气接触；
所述反射层材料为银；
所述红外发射层材料为氧化铝单晶；
所述涂层材料在0.3～3 μm太阳辐射波段的反射率大于0.95，在8～13 μm的“大气窗口”的发射率为0.6～0.9。
2.根据权利要求1所述的一种光谱选择性白天辐射制冷的涂层材料，其特征在于：所述惰性材料为二氧化硅薄膜、氧化铝薄膜中的一种，厚度为50～500 nm。
3.根据权利要求1所述的一种光谱选择性白天辐射制冷的涂层材料，其特征在于：所述反射层材料银在0.3～25 μm波段的反射率大于0.96，厚度为120~500 nm。
4.根据权利要求1所述的一种光谱选择性白天辐射制冷的涂层材料，其特征在于：所述氧化铝单晶厚度为100～1000 μm。
5.根据权利要求1所述的一种光谱选择性白天辐射制冷的涂层材料，其特征在于：所述氧化铝单晶的表面上镀设有氮化硅，氮化硅的厚度为10～500 nm。
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