CN111393915A - 被动型辐射制冷复合材料层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种被动型辐射制冷复合材料层，将其涂覆在基底上，形成基底和被动型辐射制冷层的复合层结构，所述被动型辐射制冷层反射太阳光中的可见光、近红外光，并以红外辐射的形式通过大气窗口进行散热。本发明公开了被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，将树脂溶于可挥发性溶剂，将纳米颗粒分散到可挥发性溶剂中，在常温下混合形成悬浮液；再将功能性聚合物溶解在悬浮液中，混匀形成涂布溶液；然后将涂布液涂覆在基底上，使溶剂挥发，从而在基底表面上形成被动型辐射制冷层。本发明材料具有简单的单层结构，能像涂料一样简单的涂覆在多种基底的表面，可减少多层结构间的不相容性，降低成本，制备方法简便，易于操作，成本低。

Description

被动型辐射制冷复合材料层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻断太阳能辐射材料及其制备方法，特别是涉及一种阻断太阳能辐射复合材料及其制备方法，还涉及一种能阻断太阳能辐射涂料，应用于辐射制冷材料和制备工艺技术领域。
背景技术
据统计，空调能耗占我国建筑总能耗的48％。因此，廉价、环保、无需电能消耗的空间调温方法将成为一种可替代传统空调的新技术。其中，被动型辐射制冷技术，可在无需电能输入的情况下，将建筑表面热量以8-14μm的波长通过大气窗口，以长波红外热辐射的形式发射到外太空，从而达到制冷的效果。
在晴朗的日间，太阳辐射主要由6％的紫外辐射，52％的波长为400-780nm的可见光辐射以及42％的波长为780-3000nm的近红外光辐射三类辐射组成。其中，太阳能光谱中的可见光和近红外光是造成环境产热的主要原因，特别是在气候较炎热的地区，可见和近红外辐射产热效果也更加显著。被动型辐射制冷材料在通过大气窗口发射热能的同时，可以反射太阳光能量，对物体起到明显制冷效果。
作为一种节能调温的新概论，基于被动型辐射制冷技术的“个人热调控”使人们只需要调节人体及其局部环境，而非整个建筑空间的温度，达到节能、减排的效果。人体与环境之间超过40％的热交换是通过长波红外热辐射进行的，因此调节织物长波红外热辐射率是个人热调控纺织产品设计的重点。特别是在户外环境下，织物阻断太阳能辐射的能力和长波红外热辐射性能对织物的调温效果起着至关重要的影响。在纺织工业领域，为了应对夏季炎热，开发一种具有高红外发射率，可高效阻断太阳光中可见光-近红外辐射，抑制人体皮肤升温的辐射制冷清凉便服已成为人们的迫切需求。
同时，在建筑涂料领域，日间被动型辐射制涂层，可以在炎热、阳光直射的环境下明显降低建筑外墙表面温度，减少人们对空调的依赖，从而降低建筑能耗。综上所述，被动型辐射制冷技术有望应用于制冷型织物和建筑节能等一系列领域。
在辐射制冷织物领域，申请专利文献公开号为CN107471779A公开了一种多层结构辐射制冷装置及穿戴物。该穿戴物采用TiO2、SiO2等无机颗粒复合在聚四氟乙烯等聚合物基质中形成的辐射制冷层起到提高穿戴物长波红外发射率，降低人体体表温度的效果。申请专利文献公开号为CN110042564A公开了一种SiO2纳米颗粒复合聚乙烯等聚合物纤维膜辐射制冷材料，该纤维膜不仅拥有较好透气性，而且具备辅助人体辐射制冷的效果。但是，这些类型的可穿戴式的辐射制冷材料不能高效阻断太阳能辐射，且这些制备方法只能针对少数几种聚合物改性，结构设计复杂，增加了应用成本。因此这些制备方法不能针对市场上已被广泛接受的普通织物进行改性。
在建筑节能领域，申请专利文献公开号为CN105348892A公开了一种双层辐射制冷涂层及其制备方法。该方法采用TiO2、ZnO等材料作为发射层，SiC、SiO2、BN作为发射层的复合辐射制冷涂层，可用于建筑节能等领域。申请专利文献公开号为CN110317521A公开了一种选择性辐射制冷材料及其复合材料及应用方法。该方法可应用于建筑物、帐篷、头盔等表面。申请专利文献公开号为CN110195494A公开了一种辐射制冷薄膜在建筑外层的施工方法及辐射制冷外层，其中辐射制冷薄膜由辐射制冷层和金属反射层构成。但是这些结构都是由多层结构复合组成，增加了制备和应用成本，不利于被动型辐射制冷材料简单、高效地应用。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种被动型辐射制冷复合材料层及其制备方法，本发明材料中的被动型辐射制冷层具有简单的单层结构，可减少多层结构间的不相容性，降低成本，制备方法简便，易于操作。该被动型辐射制冷层能像涂料一样简单的涂覆在多种基底的表面，使辐射制冷技术的应用可以普及到纺织、建筑节能等多个领域。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种被动型辐射制冷复合材料层，将其涂覆在基底上，形成基底和被动型辐射制冷层的复合层结构，所述被动型辐射制冷层反射太阳光中的可见光、近红外光，并以红外辐射的形式通过大气窗口进行散热。
作为本发明优选的技术方案，基底为纺织品、皮革、纸张、橡胶、玻璃、木材、金属、塑料、沥青、混凝土、水泥、建筑涂料或有机合成材料。本发明被动型辐射制冷复合材料层特别适合应用于纺织品领域，为了克服在现有辐射制冷材料制备方法，以及克服不能针对常见织物涂覆改性，且不具备高效阻断太阳辐射的缺点。将本发明被动型辐射制冷复合材料层涂覆于纺织品表面，可以显著增加温度舒适感。
作为本发明优选的技术方案，基底还能为主体表面，主体为建筑、汽车、户外用品、光伏系统、航空航天设备、冷链运输设备、室外通讯设备、冷却水系统、工业设备或节能设备。将本发明被动型辐射制冷复合材料层涂覆于设备基体表面，可以保持设备基体温度的稳定，减少外界热源的影响，使设备工作环境可控和稳定。
作为本发明优选的技术方案，被动型辐射制冷复合材料层的材料组分包括可反射、散射太阳光的功能性无机纳米颗粒，起辐射增强作用的功能性聚合物和可提高涂层附着力的树脂，所述功能性无机纳米颗粒均匀分布于功能性聚合物中。本发明功能性无机纳米颗粒可以提高织物的太阳能反射率，阻断一部分太阳能辐射。同时所述功能性无机纳米颗粒同样可以提高复合材料的在波长为8-14μm的长波红外大气窗口发射率。所述功能性聚合物，可以提高复合材料在长波红外大气窗口发射率。同时，功能性聚合物与功能性无机纳米颗粒配合后能进一步增强太阳能的反射率和8-14μm波段的长波红外发射率。
作为本发明优选的技术方案，所述功能性无机纳米颗粒为Al2O3、SiO2、TiO2、ZnO、Y2O3、ZrO2、ThO2、MgO、PbO、Cu2O3、CuO、Fe2O3、BaSO4、CaCO3、MgCO3、PbCO3、PbCrO4、CoAl2O4、Pr-ZrSiO4中的任意一种纳米材料或任意多种混合纳米材料，所述功能性无机纳米颗粒尺寸大小为10～5000nm。
作为本发明优选的技术方案，所述功能性聚合物为醋酸纤维素、硝酸纤维素、硫酸纤维、乙基纤维素、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯(P(VdF-HFP)HP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一种聚合物或任意多种聚合物，所述功能性聚合物可以实现在8～14μm波段的发射率大于等于0.88；
作为本发明优选的技术方案，所述树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯、丙烯酸树脂中的任意一种树脂材料或任意多种混合树脂材料。
作为本发明优选的技术方案，所述被动型辐射制冷复合材料层能通过不同隔热制冷需求来选择合适的厚度，厚度优选为1～1000μm。
一种本发明被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将可提高涂层附着力的树脂溶于可挥发性溶剂，将可反射、散射太阳光的功能性无机纳米颗粒分散到可挥发性溶剂中，混合搅拌并进行分散，形成悬浮液；可提高涂层附着力的树脂的用量至少为零；
b.将具有辐射增强作用的功能性聚合物溶解在所述步骤a中制备的悬浮液中，进行混匀，形成功能性涂布溶液；
c.将在所述步骤b中制备的功能性涂布液涂覆在基底上，使溶剂挥发，从而在基底表面上形成被动型辐射制冷层。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a中，所述可挥发溶剂为乙醇、水、乙酸乙酯中至少一种与丙酮、二甲基乙酰胺中至少一种组合而成混合溶剂；所述可挥发性溶剂中乙醇、水或乙酸乙酯的体积占比不大于90％，丙酮或二甲基乙酰胺的体积占比为10～100％。进一步优选采用乙醇作为组分的方案中，哟选所选用乙醇的体积浓度≥60％。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a中，进行分散的搅拌速度为300～2000转/分钟，搅拌时间为5～30分钟。更为优选搅拌时间为15～20分钟，对混合溶液进行超声直至其中的功能性聚合物完全溶解形成功能性涂布液。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a和步骤b中，按照质量比计算的所述功能性无机纳米颗粒、功能性聚合物、可挥发性溶剂、树脂的比例为(2～6)：(2～15)：(10～200)：(0～3)。进一步优选按照质量比计算的所述功能性无机纳米颗粒、功能性聚合物、可挥发性溶剂、树脂的比例为(2～4)：(2～15)：(10～200)：(0～3)。功能性无机纳米颗粒更优选为3份。功能性无机纳米颗粒含量越多，改性后的织物对太阳光反射效果越明显，但含量过大会影响所改性织物的悬垂性及穿着舒适性。在步骤b中，将功能性聚合物加入到上述混合溶液中并搅拌、超声，使其溶解形成涂布液。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤c中，所述涂覆方法为浸涂、刷涂、棒涂、旋涂、喷涂、滚涂、狭缝涂布中的任意一种。更佳地，在对纺织品改性时，所述的涂覆方法为浸涂。将功能性涂布液涂覆在合适的基底上形成被动型辐射制冷层。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明被动型辐射制冷复合材料层对300～2600nm范围内太阳能的反射率大于等于60％，大气窗口发射率大于等于0.88，阻断太阳能辐射效果好，能覆盖主要的热射线波长范围；
2.本发明被动型辐射制冷复合材料层采用可反射、散射太阳光的无机纳米颗粒、具有辐射增强作用的功能性聚合物和可提高涂层附着力的树脂进行复合，充分发挥材料组分的协同作用，形成有机无机杂化复合材料，充分利用不同材料组分之间的结合力，将无机纳米颗粒弥散分布于功能性聚合物中，对基底材料表面进行改性和表面功能化，形成阻断功能全面的功能复合材料和良好的热阻材料，可提高涂层附着力的树脂的添加进一步强化的不同组分之间的结合力，在被动型辐射制冷复合材料层提高涂层附着力的同时，还增加了被动型辐射制冷复合材料层的抗老化、抗冲击和抗裂纹的力学性能，寿命长；在有机物组分中添加无机纳米颗粒在实现散射太阳光的功能化作用的同时，也可以通过有机和无机材料的比例调控来优化织物使用者的舒适感；
3.本发明被动型辐射制冷复合材料层制备方法简单，成本低廉，易于实现，应用广泛。
附图说明
图1为本发明实施例1被动型辐射制冷复合材料层的扫描电子显微镜图片。
图2为本发明实施例2被动型辐射制冷复合材料层的扫描电子显微镜图片。
图3为对比例1织物与本发明实施例1被动型辐射制冷复合材料层在可见-近红外区域(300～2600nm)反射率对比图。
图4为对比例2织物与本发明实施例2被动型辐射制冷复合材料层在可见-近红外区域(300～2600nm)反射率对比图。
图5为对比例1织物与本发明实施例1被动型辐射制冷复合材料层在红外区域(2～26μm)发射率对比图。
图6为对比例2织物与本发明实施例2被动型辐射制冷复合材料层在红外区域(2～26μm)发射率对比图。
图7为模拟人体皮肤的温度测试装置结构示意图。图中，1为所需测试织物，2为被织物覆盖的硅胶加热板，3为粘贴在硅胶加热器表面的热电偶，4为外接电源。
图8为在室内环境下，对比例1-2织物，本发明实施例1-2被动型辐射制冷复合材料层覆盖下的模拟皮肤的温度测试对比图。
图9为在户外环境下，对比例1-2织物和具有本发明实施例1-2被动型辐射制冷复合材料层的织物所制备的衣物，穿着在人体上时的人体皮肤表面温度测试效果图。
图10为在户外环境下，对比例1-2织物和具有本发明实施例1-2被动型辐射制冷复合材料层的织物所制备的衣物，在户外环境下，穿着在人体上时的织物内表面温度测试效果图。
图11为对比例3铝板与涂覆本发明实施例3被动型辐射制冷复合材料层的铝板在可见-近红外区域(300～2600nm)反射率对比图。
图12为对比例3铝板与涂覆本发明实施例3被动型辐射制冷复合材料层的铝板在红外区域(2～26μm)发射率对比图。
图13是在户外环境下，对比例3铝板和涂覆本发明实施例3被动型辐射制冷复合材料层的铝板的温度测试装置图。包括所热电偶3、需测试样品5、泡沫基底6、铝箔包裹的纸盒7。
图14是在户外环境下，对比例3铝板和涂覆本发明实施例3被动型辐射制冷复合材料层的铝板的下表面温度变化图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施案例，而非全部实施案例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做过创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例1：
在本实施例中，一种被动型辐射制冷复合材料层，在从日本三菱公司购买的尺寸为50cm×50cm的醋酸纤维织物作为基底时，将被动型辐射制冷复合材料层涂覆设置在基底上，形成基底和被动型辐射制冷层的复合层结构，所述被动型辐射制冷层反射太阳光中的可见光、近红外光，并以红外辐射的形式通过大气窗口进行散热。被动型辐射制冷复合材料层的材料组分包括可反射、散射太阳光的功能性无机纳米颗粒α-Al2O3、起辐射增强作用的功能性聚合物醋酸纤维，所述功能性无机纳米颗粒均匀分布于功能性聚合物中。
一种本实施例被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，包括如下步骤：
a.将3g颗粒尺寸为30nm的α-Al2O3加入到20mL丙酮和20mL无水乙醇的混合溶剂中，并以800r/min搅拌速度分散均匀形成混合悬浮溶液；
b.在所述步骤a中制备的混合悬浮溶液以800r/min速度进行搅拌的过程中，向其中加入6.5g的醋酸纤维，并保持搅拌15分钟；待混合均匀后，将混合溶液超声分散15分钟，直至醋酸纤维完全溶解得到涂布液；
c.将在所述步骤b中制备的涂布液倒入到玻璃培养皿中，将从日本三菱公司购买的尺寸为50cm×50cm的醋酸纤维织物直接浸入涂布液中，充分润湿后，将改性后的醋酸纤维布料取出晾干，使溶剂挥发，即得到具有阻断太阳能辐射和辐射制冷性能的改性织物。该改性后织物表面结构如图1所示。
将采用本实施例方法制备的具有阻断太阳能辐射和辐射制冷性能的改性织物作为样品进行实验测试分析，参见图1、图3、图5和图7-10。将上述织物放置于如图7所示的装置中，使用硅胶加热板模拟人体皮肤，织物覆盖在硅胶加热板上方，热电偶粘贴在模拟皮肤表面，在室内环境下进行相应温度测试。如图8所示。
对比例1：
在本对比例中，一种从日本三菱公司购买的纤维织物“Soalon”。
将本对比例织物放置于如图7所示的装置中，使用硅胶加热板模拟人体皮肤，织物覆盖在硅胶加热板上方，热电偶粘贴在模拟皮肤表面，在室内环境下进行相应温度测试。如图8所示。
将本对比例织物裁制成T恤，穿着在人体上，热电偶分别粘贴在T恤的内表面，人体皮肤表面，并在室外环境下进行相应的温度测试，测试持续7.5分钟，温度数值取平均值。T恤的内表面温度如图10所示，人体皮肤表面温度如图9所示。
实验测试分析：
将从日本三菱公司购买的纤维织物“Soalon”作为样品进行实验测试分析，参见图3、图5和图7-10。将上述织物放置于如图7所示的装置中，使用硅胶加热板模拟人体皮肤，织物覆盖在硅胶加热板上方，热电偶粘贴在模拟皮肤表面，在室内环境下进行相应温度测试。如图8所示。
采用本实施例制备方法中的原料比例，设定了所有原料用量，制备大尺寸的改性织物，并将改性后的织物裁制成T恤，穿着在人体上，热电偶分别粘贴在T恤的内表面，人体皮肤表面，并在室外环境下进行相应的温度测试，测试持续7.5分钟，温度数值取平均值。T恤的内表面温度如图9所示，人体皮肤表面温度如图10所示。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种被动型辐射制冷复合材料层，在尺寸为50cm×50cm的欧根纱织物作为基底时，将被动型辐射制冷复合材料层涂覆设置在基底上，形成基底和被动型辐射制冷层的复合层结构，所述被动型辐射制冷层反射太阳光中的可见光、近红外光，并以红外辐射的形式通过大气窗口进行散热。被动型辐射制冷复合材料层的材料组分包括可反射、散射太阳光的功能性无机纳米颗粒α-Al2O3、起辐射增强作用的功能性聚合物醋酸纤维，所述功能性无机纳米颗粒均匀分布于功能性聚合物中。
一种本实施例被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，包括如下步骤：
a.将3g颗粒尺寸为30nm的α-Al2O3加入到20mL丙酮和20mL无水乙醇的混合溶剂中，并以800r/min搅拌速度分散均匀形成混合悬浮溶液；
b.在所述步骤a中制备的混合悬浮溶液以800r/min速度进行搅拌的过程中，向其中加入6.5g的醋酸纤维，并保持搅拌15分钟；待混合均匀后，将混合溶液超声分散15分钟，直至醋酸纤维完全溶解得到涂布液；
c.将在所述步骤b中制备的涂布液倒入到玻璃培养皿中，将尺寸为50cm×50cm的欧根纱织物直接浸入涂布液中，充分润湿后，将改性后欧根纱布料取出晾干，使溶剂挥发，即得到具有阻断太阳能辐射和辐射制冷性能的改性织物。该改性后织物表面结构如图2所示。
实验测试分析：
将采用本实施例方法制备的具有阻断太阳能辐射和辐射制冷性能的改性织物作为样品进行实验测试分析，参见图2、图5、图6和图7-10。将上述织物放置于如图7所示的装置中，使用硅胶加热板模拟人体皮肤，织物覆盖在硅胶加热板上方，热电偶粘贴在模拟皮肤表面，在室内环境下进行相应温度测试。如图8所示。
采用本实施例制备方法中的原料比例，设定了所有原料用量，制备大尺寸的改性织物，并将改性后的织物裁制成T恤，穿着在人体上，热电偶分别粘贴在T恤的内表面，人体皮肤表面，并在室外环境下进行相应的温度测试，测试持续7.5分钟，温度数值取平均值。T恤的内表面温度如图9所示，人体皮肤表面温度如图10所示。
对比例2：
在本对比例中，一种从纺织品市场购买的欧根纱织物。
将本对比例织物放置于如图7所示的装置中，使用硅胶加热板模拟人体皮肤，织物覆盖在硅胶加热板上方，热电偶粘贴在模拟皮肤表面，在室内环境下进行相应温度测试。如图8所示。
实验测试分析：
将本对比例织物裁制成T恤，穿着在人体上，热电偶分别粘贴在T恤的内表面，人体皮肤表面，并在室外环境下进行相应的温度测试，测试持续7.5分钟，温度数值取平均值。T恤的内表面温度如图9所示，人体皮肤表面温度如图10所示。
为了说明该辐射制冷复合材料的降温效果，实施例1-2辐射制冷复合材料应用于织物和对比例1-2织物为例进行说明，参见图1-图10。
比较对比例1与实施例1在300～2600nm波段的可见光-近红外区域的反射率结果，如图3所示，从图3中可知实施例1相对于对比例1，对太阳能的反射率提高了17.5％，因此实施例1具有佳的对太阳辐射阻断的能力。比较对比例1与实施例1在红外区域(2～26μm)发射率结果，如图5所示，从图5中可知实施例1相对于对比例1拥有较高的长波红外(8～14μm)发射率，因此实施例1具有较佳的红外热辐射能力。
比较对比例2与实施例2在300～2600nm波段的可见光-近红外区域的反射率结果，如图4所示，从图4中可知实施例1相对于对比例1，对太阳能的反射率提高了37.6％，因此实施例2具有佳的对太阳辐射阻断的能力。比较对比例2与实施例2在红外区域(2～26μm)发射率结果，如图6所示，从图6中可知实施例2相对于对比例2拥有较高的长波红外(8～14μm)发射率，因此实施例2具有较佳的红外热辐射能力。
综上所述，涂布液改性后的织物相比未改性的织物具有更佳的对太阳辐射阻断的能力和红外热辐射能力。
比较对比例1，对比例2，实施例1，实施例2在室内环境中，对模拟皮肤的降温效果。其中环境温度为22℃，模拟皮肤为硅胶加热板，其外接电源输入功率为105W/m2，模拟皮肤温度保持在33.6℃。结果如图8所示，实施例1相对于对比例1，模拟皮肤的温度降低0.5摄氏度。实施例2相对于对比例2，模拟皮肤的温度降低0.6℃。
比较对比例1，实施例1，对比例2，实施例2，在室外环境中，人体实际穿着时皮肤的温度，其中环境温度为34℃，太阳能辐照强度为800W/m2，环境相对湿度为65％。结果如图9所示，实施例1相对于对比例1，人体皮肤温度降低1.0℃。实施例2相对于对比例2，人体皮肤温度降低0.8℃。
比较对比例1，实施例1，对比例2，实施例2，在室外环境中，人体实际穿着时织物内表面温度，其中环境温度为34℃，太阳能辐照强度为800W/m2，环境相对湿度为65％。结果如图10所示，实施例1相对于对比例1，织物内表面温度降低1.9℃。实施例2相对于对比例2，织物内表面温度降低3.3℃。
由此可见，实施例1相对于对比例1，实施例2相对于对比例2，皆具有较佳的降温效果。在人体穿着时，改性后的织物相对于未改性的织物，对人体皮肤都有实际的降温效果。这种复合材料辐射制冷织物制备方法可针对常见织物改性，且具备阻断太阳辐射的能力。该方法工艺简单，生产成本低，适合于工业化生产。可以应用辐射制冷织物领域。上述实施例功能性无机纳米颗粒可以提高织物的太阳能反射率，阻断一部分太阳能辐射。所述功能性聚合物，可以提高复合材料在长波红外大气窗口发射率。本实施例被动型辐射制冷复合材料层特别适合应用于纺织品领域，为了克服在现有辐射制冷材料制备方法，以及克服不能针对常见织物涂覆改性，且不具备高效阻断太阳辐射的缺点。将本发明被动型辐射制冷复合材料层涂覆于纺织品表面，可以显著增加温度舒适感。
实施例3：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种被动型辐射制冷复合材料层，在尺寸为15cm×7.5cm×0.05cm的铝板作为基底时，将被动型辐射制冷复合材料层涂覆设置在基底上，形成基底和被动型辐射制冷层的复合层结构，所述被动型辐射制冷层反射太阳光中的可见光、近红外光，并以红外辐射的形式通过大气窗口进行散热。被动型辐射制冷复合材料层的材料组分包括可反射、散射太阳光的功能性无机纳米颗粒α-Al2O3、起辐射增强作用的功能性聚合物醋酸纤维和可提高涂层附着力的环氧树脂，所述功能性无机纳米颗粒均匀分布于功能性聚合物中。
一种本实施例被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，包括如下步骤：
a.将2g环氧树脂溶解到20mL丙酮和20mL无水乙醇的混合溶液中，并将3g颗粒尺寸为200nm的α-Al2O3加入到混合溶剂中，在以800r/min搅拌速度分散均匀形成混合悬浮溶液；
b.在所述步骤a中制备的混合悬浮溶液以800r/min速度进行搅拌的过程中，向其中加入6.5g的醋酸纤维，并保持搅拌15分钟；待混合均匀后，将混合溶液超声分散15分钟，直至醋酸纤维完全溶解得到涂布液；
c.采用棒涂的方法，将在所述步骤b中制备的涂布液涂覆在尺寸为15cm×7.5cm×
0.05cm的铝板表面，自然干燥，使溶剂挥发，形成厚度为50μm的白色涂层。
实验测试分析：
将采用本实施例方法制备的具有阻断太阳能辐射和辐射制冷性能的白色涂层的铝板作为样品进行实验测试分析，参见图11-图14。将上述铝板放置于如图13所示的实验装置中，在户外环境下，对比例3铝板和涂覆本实施例被动型辐射制冷复合材料层的铝板的温度进行测试。实验装置包括所热电偶3、需测试样品5、泡沫基底6、铝箔包裹的纸盒7。铝板设置在泡沫基底6上方，热电偶3粘贴在铝板下表面，在室内环境下进行相应温度测试，为了减小背景辐射的影响。将所热电偶3、需测试样品5、泡沫基底6放置在上方敞口的铝箔包裹的纸盒7中，如图13所示。采用本实施例制备方法中的原料比例，设定了所有原料用量，制备表面改性的铝板，热电偶分别粘贴在铝板的下表面，并在室外环境下进行相应的温度测试，测试持续7.5分钟，温度数值取平均值。铝板的下表面温度如图14所示。
对比例3：
在本对比例中，一种从建材市场购买，尺寸为15cm*7.5cm*0.05cm的铝板，表面未做任何处理。
实验测试分析：
将采用本对比例铝板作为样品进行实验测试分析，参见图11-图14。将上述铝板放置于如图13所示的实验装置中，在户外环境下，本对比例铝板和涂覆实施例3被动型辐射制冷复合材料层的铝板的温度进行测试。实验装置包括所热电偶3、需测试样品5、泡沫基底6、铝箔包裹的纸盒7。铝板设置在泡沫基底6上方，热电偶3粘贴在铝板下表面，在室内环境下进行相应温度测试，为了减小背景辐射的影响。将所热电偶3、需测试样品5、泡沫基底6放置在上方敞口的铝箔包裹的纸盒7中，如图13所示。采用本对比例铝板，热电偶分别粘贴在铝板的下表面，并在室外环境下进行相应的温度测试，测试持续7.5分钟，温度数值取平均值。铝板的下表面温度如图14所示。
比较对比例3与实施例3在300～2600nm波段的可见光-近红外区域的反射率结果，如图11所示，从图11中可知实施例3相对于对比例3，对太阳能的反射率提高了42％，因此实施例3具有佳的对太阳辐射阻断的能力。比较对比例3与实施例3在2～26μm波段的红外区域发射率结果，如图12所示，从图12中可知实施例3相对于对比例3拥有较高的长波红外(8～14μm)发射率，因此实施例3具有较佳的红外热辐射能力。
将对比例3和实施例3放在如图13所示的装置中，在室外环境下监控各样品下表面温度。测试时间为2019年4月18日，13时14分至22时17分。最强的太阳能辐照强度为950W/m2。测试地点为上海市宝山区南陈路333号上海大学材料学院b楼楼顶。
比较对比例3，实施例3，在室外阳光直射环境下，样品下表面温度变化结果如图14所示，实施例3相对于对比例3，实施例3的内表面温度最高可降低9℃。说明该涂料具有较好的被动型辐射制冷效果。该涂料操作方法简单，适合于工业化生产。可应用建筑节能领域。
综上实施例可知，辐射制冷复合材料可以用于多种不同的领域，特别适合应用在纺织品和建筑用金属铝板的表面改性和表面功能化。本发明上述实施例将选择性辐射制冷涂层涂覆在基底或主体表面，由所述的辐射制冷涂层反射太阳能辐射，并通过长波红外大气窗口向外发射热量。本发明上述实施例被动型辐射制冷复合材料层对300～2600nm范围内太阳能的反射率大于等于60％，大气窗口发射率大于等于0.88，阻断太阳能辐射效果好，能覆盖主要的热射线波长范围；本发明上述实施例被动型辐射制冷复合材料层采用可反射、散射太阳光的无机纳米颗粒、起辐射增强作用的功能性聚合物和可提高涂层附着力的树脂进行复合，充分发挥材料组分的协同作用，形成有机无机杂化复合材料，充分利用不同材料组分之间的结合力，将无机纳米颗粒弥散分布于功能性聚合物中，对基底材料表面进行改性和表面功能化，形成阻断功能全面的功能复合材料和良好的热阻材料，可提高涂层附着力的树脂的添加进一步强化的不同组分之间的结合力，在被动型辐射制冷复合材料层提高涂层附着力的同时，还增加了被动型辐射制冷复合材料层的抗老化、抗冲击和抗裂纹的力学性能，寿命长；在有机物组分中添加无机纳米颗粒在实现散射太阳光的功能化作用的同时，也可以通过有机和无机材料的比例调控来优化织物使用者的舒适感；本发明上述实施例被动型辐射制冷复合材料层制备方法简单，成本低廉，易于实现，应用广泛。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明被动型辐射制冷复合材料层及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种被动型辐射制冷复合材料层，其特征在于：将其涂覆在基底上，形成基底和被动型辐射制冷层的复合层结构，所述被动型辐射制冷层反射太阳光中的可见光、近红外光，并以红外辐射的形式通过大气窗口进行散热。
2.根据权利要求1所述被动型辐射制冷复合材料层，其特征在于：所述基底为纺织品、皮革、纸张、橡胶、玻璃、木材、金属、塑料、沥青、混凝土、水泥、建筑涂料或有机合成材料；
或者，所述基底为主体表面，所述主体为建筑、汽车、户外用品、光伏系统、航空航天设备、冷链运输设备、室外通讯设备、冷却水系统、工业设备或节能设备。
3.根据权利要求1所述被动型辐射制冷复合材料层，其特征在于：其材料组分包括可反射、散射太阳光的功能性无机纳米颗粒、起辐射增强作用的功能性聚合物和可提高涂层附着力的树脂，所述功能性无机纳米颗粒均匀分布于功能性聚合物中。
4.根据权利要求3所述被动型辐射制冷复合材料层，其特征在于：所述功能性无机纳米颗粒为Al2O3、SiO2、TiO2、ZnO、Y2O3、ZrO2、ThO2、MgO、PbO、Cu2O3、CuO、Fe2O3、BaSO4、CaCO3、MgCO3、PbCO3、PbCrO4、CoAl2O4、Pr-ZrSiO4中的任意一种纳米材料或任意多种混合纳米材料，所述功能性无机纳米颗粒尺寸大小为10～5000nm。
5.根据权利要求3所述被动型辐射制冷复合材料层，其特征在于：所述功能性聚合物为醋酸纤维素、硝酸纤维素、硫酸纤维、乙基纤维素、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯(P(VdF-HFP)HP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一种聚合物或任意多种聚合物，所述功能性聚合物可实现在8～14μm波段发射率大于等于0.88。
6.根据权利要求3所述被动型辐射制冷复合材料层，其特征在于：所述树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯、丙烯酸树脂中的任意一种树脂材料或任意多种混合树脂材料。
7.一种权利要求1所述被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将可提高涂层附着力的树脂溶于可挥发性溶剂，并将可反射、散射太阳光的功能性无机纳米颗粒分散到可挥发性溶剂中，混合搅拌并进行分散，形成悬浮液；可提高涂层附着力的树脂的用量至少为零；
b.将具有辐射增强作用的功能性聚合物溶解在所述步骤a中制备的悬浮液中，进行混匀，形成功能性涂布溶液；
c.将在所述步骤b中制备的功能性涂布液涂覆在基底上，使溶剂挥发，从而在基底表面上形成被动型辐射制冷层。
8.根据权利要求7所述被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，所述可挥发溶剂为乙醇、水、乙酸乙酯中至少一种与丙酮、二甲基乙酰胺中至少一种组合而成混合溶剂；所述可挥发性溶剂中乙醇、水或乙酸乙酯的体积占比不大于90％，丙酮或二甲基乙酰胺的体积占比为10～100％。
9.根据权利要求7所述被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，其特征在于：在所述步骤a和步骤b中，按照质量比计算的所述功能性无机纳米颗粒、功能性聚合物、可挥发性溶剂、树脂的比例为(2～6)：(2～15)：(10～200)：(0～3)。
10.根据权利要求7所述被动型辐射制冷复合材料层的制备方法，其特征在于：在所述步骤c中，所述涂覆方法为浸涂、刷涂、棒涂、旋涂、喷涂、滚涂、狭缝涂布中的任意一种。
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