CN113276510A - 一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合辐射薄膜技术领域，具体地说是一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜及制备方法，包括采用金属薄膜的基膜；设在基膜一侧面的具有高太阳辐射吸收和低红外发射率的辐射加热层纤维膜；辐射加热层纤维膜采用金属纳米颗粒、红外透明聚合物复合材料；设在基膜另一侧面的具有高太阳辐射反射和高红外发射率的辐射制冷层纤维膜；辐射制冷层纤维膜采用陶瓷纳米颗粒、红外高发射聚合物复合材料。本发明与现有技术相比，复合薄膜具有优异的辐射热调控性能，其通过简单有效地翻转法实现智能辐射热调控；且其结构简单、材料来源广泛，力学性能优良，具有较高的强度和柔韧性；所采用的制备方法简便，制备流程简易，可实现大面积低成本的生产。

Description

一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜及制备方法
技术领域
本发明涉及复合辐射薄膜技术领域，具体地说是一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜及制备方法。
背景技术
热辐射是温度高于绝对零度的物体由于内部微观粒子热运动状态改变时所激发出的电磁波辐射，它是传热领域能量传递的重要方式之一。辐射热控材料不需要额外能量输入，通过控制太阳能的吸收以及向太空辐射中红外电磁波实现温度的调节，在个人热管理、建筑物节能、航天热控技术、热电转换技术、目标隐身技术、激光技术、微电子技术等与热辐射相关的领域中有着非常广泛且重要的应用前景。针对具体目标控制波段的光谱特性要求，设计和制备更加智能、性能更优异的辐射热控材料已经成为一个重要的发展方向。
近年来，实现单一辐射加热或制冷功能的热控薄膜和器件层出不穷，但动态、高效的利用太阳能选择性吸收体和辐射制冷材料来应对外部环境的变化仍具有挑战。利用Janus膜的高集成化的优势，开发具有辐射加热和制冷双功能辐射热控材料，借助简单有效的双面翻转法可在不需要外来电源的情况下实现加热和制冷功能的切换。
然而目前制备的Janus辐射膜，通常都是多层薄膜结构，且需要用到真空过滤、磁控溅射、气相沉积等工艺实现兼具辐射加热和制冷的效果。如公告号为CN110067080A的一种人体保温用Janus红外辐射膜及其制备方法，其辐射加热层材料和冷却层材料只考虑了红外发射性能，且其纤维膜仅起支撑作用，该纤维膜对加热或冷却性能的提高不起作用，且其仅对红外波段有热调控作用，未考虑可见光波段热调控的需求，使产品不适用在户外有太阳光的情景。另外其制备时，需要使用真空抽滤依次将高发射率纤维分散液、过渡纤维分散液和低发射率纤维分散液固定在致密多孔膜表面。
且目前己知的技术中，辐射加热膜采用的原料一般是具有较高红外吸收性能的聚合物复合材料，且其仅考虑红外波段的调控，未考虑太阳光的影响，不利于红外辐射加热，使其应用场景被局限于室内热量管理，或在室外有太阳光时未能达到很好的热量管理效果。
而且在制备方面，公告号为CN111188189A的一种兼具抗紫外和热管理功能的生物质膜材料及其制备方法，其需要真空抽滤制备生物质纤维膜，并需要磁控溅射等工艺将Al溅射到生物质纤维基膜表面。然而，这些薄膜制备工艺复杂昂贵，难以在工业上实现大面积连续生产。
因此，亟需探索一种能进一步提高加热或冷却性能的、兼具辐射加热和制冷双功能的智能辐射热控柔性复合薄膜，以及配套设计一种工艺简单、成本低廉的制备方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、对可见光波段和红外波段能同时进行调控、且能提高辐射加热和冷却性能的Janus柔性复合薄膜，该Janus柔性复合薄膜材料广泛、安全可靠，辐射热调控性能优异，力学性能好；进一步的，该薄膜制备流程简易，其通过合理配置和筛选加热和制冷材料体系采用高效率、低成本的静电纺丝法在金属膜两侧分别制得具有高太阳辐射吸收和低红外发射率的辐射加热层纤维膜和具有高太阳辐射反射和高红外发射率的辐射制冷层纤维膜，能简单有效地通过翻转法实现智能辐射热调控，可在工业上实现大面积低成本的生产。
为实现上述目的，本发明设计一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，包括：
基膜，其采用金属薄膜；
设在基膜一侧面的具有高太阳辐射吸收和低红外发射率的辐射加热层纤维膜，其对可见光波段和红外波段同时进行调控，一方面通过吸收太阳光进行加热，另一方面通过降低红外辐射减少热量散失，通过对两个光学波段的同时调控进一步提高辐射加热性能；所述辐射加热层纤维膜采用金属纳米颗粒、红外透明聚合物复合材料；所述高太阳辐射吸收率达到0.83-0.87；所述低红外发射率达到0.29-0.33；
设在基膜另一侧面的具有高太阳辐射反射和高红外发射率的辐射制冷层纤维膜，其对可见光波段和红外波段同时进行调控，一方面通过散射太阳光防止吸热，另一方面通过提高红外辐射增加热量散失，通过对两个光学波段的同时调控进一步提高辐射冷却性能；所述辐射制冷层纤维膜采用陶瓷纳米颗粒、红外高发射聚合物复合材料；所述高太阳辐射反射率达到0.92-0.96；所述高红外发射率达到0.90-0.95；
进一步的，所述辐射加热层纤维膜和辐射制冷层纤维膜分别为纤维机械缠结叠层结构。
进一步的，所述辐射加热层纤维膜中的红外透明聚合物包括聚酰胺6、聚酰胺66、聚乙烯、聚甲基戊烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任意一种。
进一步的，所述辐射加热层纤维膜中金属纳米颗粒采用纳米镍、纳米铁、纳米银、纳米铜中的任意一种或者多种组合，其中金属纳米颗粒的平均粒径为20-100nm。
进一步的，所述辐射制冷层纤维膜中的红外高发射聚合物包括聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚氨酯或聚偏氟乙烯-共六氟丙烯中的任意一种。
进一步的，所述辐射制冷层纤维膜中的陶瓷纳米颗粒包括二氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆、氧化钇或氮化硼白色粉末中的任意一种或者多种组合，其中陶瓷纳米颗粒的平均粒径为20-200nm。
进一步的，所述金属薄膜包括铝膜、铜膜、银膜或锌膜。
进一步的，所述基膜的厚度为5-20μm；所述辐射加热层纤维膜中单根纤维直径为0.1-2μm，所述辐射加热层纤维膜的厚度为5-40μm；所述辐射制冷层纤维膜中单根纤维直径为0.1-2μm，所述辐射制冷层纤维膜的厚度为100-200μm。
智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、配置辐射加热层纺丝液：
将红外透明聚合物加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解，获得固含量为8-30％的静电纺丝液A；向静电纺丝液A中加入金属纳米颗粒，机械搅拌60-150min，得到均匀分散的辐射加热层纺丝液；
S2、制备辐射加热层纤维膜：
采用静电纺丝设备，在静电纺丝设备的接收装置底部铺贴金属薄膜，调节静电纺丝参数，进行静电纺丝得到辐射加热层纤维膜；
S3、配置辐射制冷层纺丝液：
将红外高发射聚合物加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解，获得固含量为5-20％的静电纺丝液B；向静电纺丝液B中加入陶瓷纳米颗粒的水溶液，机械搅拌60-240min，得到均匀分散的辐射制冷层纺丝液；
S4、制备辐射制冷层纤维膜：
采用静电纺丝设备，将含辐射加热层纤维膜的金属薄膜翻转铺贴在接收装置底部，调节静电纺丝参数，进行静电纺丝得到辐射制冷层纤维膜。
进一步的，所述有机溶剂包括甲酸、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮中的任意一种或者多种组合。
进一步的，步骤S1中所述金属纳米颗粒和红外透明聚合物的质量比为10-30％。
进一步的，步骤S3中所述静电纺丝液B与陶瓷纳米颗粒的水溶液体积比为8∶1～2∶1。
进一步的，步骤S2中所述静电纺丝具体操作参数：温度为15-30℃，湿度为16-40％，纺丝正电压为10-25kV，负电压为-2-0kV，喷丝头到接收装置的距离为10-20cm，推进速度为0.06-1.5mL/h。
进一步的，步骤S4中所述静电纺丝具体操作参数：温度为15-30℃，湿度为16-40％，纺丝正电压为10-25kV，负电压为-2-0kV，喷丝头到接收装置的距离为10-20cm，推进速度为0.3-5mL/h。
本发明与现有技术相比具有如下优势：
辐射加热层纤维膜采用金属纳米颗粒和红外透明聚合物的材料体系组合，能够在可见光和红外双波段提高辐射加热性能；辐射加热层纤维膜的太阳辐射吸收和红外发射率分别可达0.83-0.87和0.29-0.33；
辐射冷却层纤维膜选择陶瓷纳米颗粒、红外高发射聚合物，陶瓷纳米颗粒和红外高发射聚合物的材料体系组合能够在可见光和红外双波段提高辐射冷却性能；辐射制冷层纤维膜的太阳辐射反射和红外发射率分别可达0.92-0.96和0.90-0.95；
复合薄膜通过简单有效地翻转法在可见光波段和红外波段同时实现智能辐射热调控，且在优异的辐射热控性能外，其结构简单、材料来源广泛，力学性能优良，具有较高的强度和柔韧性；配合静电纺丝的制备方法，使制备流程简易，实现大面积低成本的生产。
附图说明
图1为本发明中智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的结构示意图。
具体实施方式
本发明中智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的设计思路是：在考虑红外波段调控的同时，也同时考虑到了太阳光的影响，其能在可见光波段和红外波段同时调控。其中，
辐射加热层纤维膜选择采用金属纳米颗粒、红外透明聚合物复合材料。其中金属纳米颗粒可具有良好的可见光的吸收性能；而普通聚合物大多具有较高的红外吸收，不利于红外辐射加热，而本发明中采用红外透明聚合物是红外高透过性材料，能够减少红外吸收，并在金属薄膜的协同作用下增强红外反射性能；金属纳米颗粒和红外透明聚合物的材料体系组合能够在可见光和红外双波段提高辐射加热性能。
辐射冷却层纤维膜选择陶瓷纳米颗粒、红外高发射聚合物，陶瓷纳米颗粒可有效散射太阳光，避免可见光对纤维膜进行加热；红外高发射聚合物具有较高的红外吸收，有利于红外辐射冷却，陶瓷纳米颗粒和红外高发射聚合物的材料体系组合能够在可见光和红外双波段提高辐射冷却性能。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到。
实施例1
首先配置辐射加热层纺丝液：将PA6加入甲酸中，搅拌至完全溶解，获得固含量为25％的PA6纺丝液；向PA6纺丝液中加入粒径为30nm的Ni纳米颗粒，使PA6纺丝液中Ni纳米颗粒与PA6的质量比为20％；机械搅拌90min，得到均匀分散的辐射加热层纺丝液。
采用静电纺丝设备，在接收装置底部铺贴厚度为15μm的铝膜，设置纺丝温度为20℃，湿度为25％，纺丝正电压为20kV，负电压为-2kV，喷丝头到接收装置的距离为15cm，推进速度为0.2mL/h，进行静电纺丝得到辐射加热层纤维膜。
然后配置辐射制冷层纺丝液：将PVDF加入N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，获得固含量为10％的PVDF纺丝液；向PVDF纺丝液中加入TEOS水溶液，PVDF纺丝液与TEOS水溶液的体积比为4∶1；机械搅拌120min，得到均匀分散的辐射制冷层纺丝液。
采用静电纺丝设备，将含辐射加热层纤维膜的铝膜翻转铺贴在接收装置底部，温度为25℃，湿度为20％，纺丝正电压为25kV，负电压为-1kV，喷丝头到接收装置的距离为20cm，推进速度为3mL/h，进行静电纺丝得到辐射制冷层纤维膜。
参见图1，本例中在铝膜作为基膜20的两侧分别制得厚度为25μm的辐射加热层纤维膜10和厚度为200μm的辐射制冷层纤维膜30，且辐射加热层纤维膜10中单根纤维直径为0.5μm，辐射制冷层纤维膜30中单根纤维直径为0.8μm；
本实施例制得辐射制冷层纤维膜的太阳辐射反射和红外发射率分别可达0.95和0.94；辐射加热层纤维膜的太阳辐射吸收和红外发射率分别可达0.86和0.30。
实施例2
首先配置辐射加热层纺丝液：将PA6加入甲酸中，搅拌至完全溶解，获得固含量为20％的PA6纺丝液；向PA6纺丝液中加入粒径为20nm的Ag纳米颗粒，使PA6纺丝液中Ag纳米颗粒与PA6的质量比为20％；机械搅拌60min，得到均匀分散的辐射加热层纺丝液。
采用静电纺丝设备，在接收装置底部铺贴厚度为15μm的铝膜，设置纺丝温度为20℃，湿度为25％，纺丝正电压为18kV，负电压为-2kV，喷丝头到接收装置的距离为15cm，推进速度为0.2mL/h，进行静电纺丝得到辐射加热层纤维膜。
然后配置辐射制冷层纺丝液：将PVDF加入N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，获得固含量为10％的PVDF纺丝液；向PVDF纺丝液中加入TEOS水溶液，PVDF纺丝液与TEOS水溶液的体积比为4∶1；机械搅拌120min，得到均匀分散的辐射制冷层纺丝液。
采用静电纺丝设备，将含辐射加热层纤维膜的铝膜翻转铺贴在接收装置底部，温度为25℃，湿度为20％，纺丝正电压为25kV，负电压为-1kV，喷丝头到接收装置的距离为20cm，推进速度为3mL/h，进行静电纺丝得到辐射制冷层纤维膜。
本例中在铝膜作为基膜20的两侧分别制得厚度为20μm的辐射加热层纤维膜10和厚度为200μm的辐射制冷层纤维膜30，且辐射加热层纤维膜10中单根纤维直径为0.5μm，辐射制冷层纤维膜30中单根纤维直径为0.8μm；
本实施例制得辐射制冷层纤维膜的太阳辐射反射和红外发射率分别可达0.95和0.94；辐射加热层纤维膜的太阳辐射吸收和红外发射率分别可达0.84和0.31。
实施例3
首先配置辐射加热层纺丝液：将PMMA加入丙酮中，搅拌至完全溶解，获得固含量为24％的PMMA纺丝液；向PMMA纺丝液中加入粒径为20nm的Ni纳米颗粒，使PMMA纺丝液中Ni纳米颗粒与PMMA的质量比为15％；机械搅拌120min，得到均匀分散的辐射加热层纺丝液。
采用静电纺丝设备，在接收装置底部铺贴厚度为15μm的铝膜，设置纺丝温度为25℃，湿度为25％，纺丝正电压为15kV，负电压为*1kV，喷丝头到接收装置的距离为12cm，推进速度为1.0mL/h，进行静电纺丝得到辐射加热层纤维膜。
然后配置辐射制冷层纺丝液：将PVDF加入N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，获得固含量为10％的PVDF纺丝液；向PVDF纺丝液中加入TEOS水溶液，PVDF纺丝液与TEOS水溶液的体积比为3∶1；机械搅拌130min，得到均匀分散的辐射制冷层纺丝液。
采用静电纺丝设备，将含辐射加热层纤维膜的铝膜翻转铺贴在接收装置底部，温度为25℃，湿度为20％，纺丝正电压为25kV，负电压为-1kV，喷丝头到接收装置的距离为20cm，推进速度为3mL/h，进行静电纺丝得到辐射制冷层纤维膜。
本例中在铝膜作为基膜20的两侧分别制得厚度为30μm的辐射加热层纤维膜10和厚度为180μm的辐射制冷层纤维膜30，且辐射加热层纤维膜10中单根纤维直径为0.6μm，辐射制冷层纤维膜30中单根纤维直径为0.8μm；本实施例制得辐射制冷层纤维膜的太阳辐射反射和红外发射率分别可达0.95和0.95；辐射加热层纤维膜的太阳辐射吸收和红外发射率分别可达0.83和0.29。
实施例4
首先配置辐射加热层纺丝液：将PA6加入甲酸中，搅拌至完全溶解，获得固含量为15％的PA6纺丝液；向PA6纺丝液中加入粒径为30nm的Ni纳米颗粒，使PA6纺丝液中Ni纳米颗粒与PA6的质量比为20％；机械搅拌90min，得到均匀分散的辐射加热层纺丝液。
采用静电纺丝设备，在接收装置底部铺贴厚度为15μm的铝膜，设置纺丝温度为20℃，湿度为25％，纺丝正电压为15kV，负电压为-1kV，喷丝头到接收装置的距离为15cm，推进速度为0.1mL/h，进行静电纺丝得到辐射加热层纤维膜。
然后配置辐射制冷层纺丝液：将PAN加入N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，获得固含量为14％的PAN纺丝液；向PAN纺丝液中加入ZnO的水溶液，PAN纺丝液与ZnO的水溶液的体积比为4∶1；机械搅拌120min，得到均匀分散的辐射制冷层纺丝液。
采用静电纺丝设备，将含辐射加热层纤维膜的铝膜翻转铺贴在接收装置底部，温度为25℃，湿度为20％，纺丝正电压为15kV，负电压为-1kV，喷丝头到接收装置的距离为15cm，推进速度为0.5mL/h，进行静电纺丝得到辐射制冷层纤维膜。
本例中在铝膜作为基膜20的两侧分别制得厚度为20μm的辐射加热层纤维膜10和厚度为200μm的辐射制冷层纤维膜30，且辐射加热层纤维膜10中单根纤维直径为0.5μm，辐射制冷层纤维膜30中单根纤维直径为0.8μm；本实施例制得辐射制冷层纤维膜的太阳辐射反射和红外发射率分别可达0.94和0.94；辐射加热层纤维膜的太阳辐射吸收和红外发射率分别可达0.85和0.31。
实施例5
首先配置辐射加热层纺丝液：将PA66加入甲酸中，搅拌至完全溶解，获得固含量为18％的PA66纺丝液；向PA66纺丝液中加入粒径为25nm的Fe纳米颗粒，使PA6纺丝液中Fe纳米颗粒与PA6的质量比为15％；机械搅拌120min，得到均匀分散的辐射加热层纺丝液。
采用静电纺丝设备，在接收装置底部铺贴厚度为15μm的铜膜，设置纺丝温度为20℃，湿度为25％，纺丝正电压为18kV，负电压为-1kV，喷丝头到接收装置的距离为16cm，推进速度为0.15mL/h，进行静电纺丝得到辐射加热层纤维膜。
然后配置辐射制冷层纺丝液：将PDMS加入四氢呋喃中，搅拌至完全溶解，获得固含量为15％的PDMS纺丝液；向PDMS纺丝液中加入Al2O3的水溶液，PDMS纺丝液与Al2O3的水溶液的体积比为3∶1。机械搅拌150min，得到均匀分散的辐射制冷层纺丝液。
采用静电纺丝设备，将含辐射加热层纤维膜的铜膜翻转铺贴在接收装置底部，设置纺丝温度为20℃，湿度为20％，纺丝正电压为20kV，负电压为-1kV，喷丝头到接收装置的距离为15cm，推进速度为1mL/h，进行静电纺丝得到辐射制冷层纤维膜。
本例中在铜膜作为基膜20的两侧分别制得厚度为25μm的辐射加热层纤维膜10和厚度为200μm的辐射制冷层纤维膜30，且辐射加热层纤维膜10中单根纤维直径为0.6μm，辐射制冷层纤维膜30中单根纤维直径为0.8μm；
本实施例制得辐射制冷层纤维膜的太阳辐射反射和红外发射率分别可达0.95和0.95；辐射加热层纤维膜的太阳辐射吸收和红外发射率分别可达0.84和0.30。
实施例6
首先配置辐射加热层纺丝液：将PMMA加入丙酮中，搅拌至完全溶解，获得固含量为20％的PMMA纺丝液；向PMMA纺丝液中加入粒径为25nm的Fe纳米颗粒，使PMMA纺丝液中Fe纳米颗粒与PMMA的质量比为18％；机械搅拌150min，得到均匀分散的辐射加热层纺丝液。
采用静电纺丝设备，在接收装置底部铺贴厚度为15μm的银膜，设置纺丝温度为25℃，湿度为25％，纺丝正电压为18kV，负电压为-1kV，喷丝头到接收装置的距离为15cm，推进速度为1.0mL/h，进行静电纺丝得到辐射加热层纤维膜。
然后配置辐射制冷层纺丝液：将PI加入N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，获得固含量为15％的PI纺丝液；向PI纺丝液中加入TiO2的水溶液，PI纺丝液与TiO2的水溶液体积比为5∶1；机械搅拌100min，得到均匀分散的辐射制冷层纺丝液。
采用静电纺丝设备，将含辐射加热层纤维膜的银膜翻转铺贴在接收装置底部，设置纺丝温度为20℃，湿度为25％，纺丝正电压为20kV，负电压为-2kV，喷丝头到接收装置的距离为16cm，推进速度为1.5mL/h，进行静电纺丝得到辐射制冷层纤维膜。
本例中在银膜作为基膜20的两侧分别制得厚度为25μm的辐射加热层纤维膜10和厚度为200μm的辐射制冷层纤维膜30，且辐射加热层纤维膜10中单根纤维直径为0.5μm，辐射制冷层纤维膜30中单根纤维直径为0.8μm；
本实施例制得辐射制冷层纤维膜的太阳辐射反射和红外发射率分别可达0.93和0.92；辐射加热层纤维膜的太阳辐射吸收和红外发射率分别可达0.85和0.31。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (14)

1.一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，包括：
基膜(20)，其采用金属薄膜；
设在基膜(20)一侧面的具有高太阳辐射吸收和低红外发射率的辐射加热层纤维膜(10)，其对可见光波段和红外波段同时进行调控，一方面通过吸收太阳光进行加热，另一方面通过降低红外辐射减少热量散失，通过对两个光学波段的同时调控进一步提高辐射加热性能；所述辐射加热层纤维膜(10)采用金属纳米颗粒、红外透明聚合物复合材料；所述高太阳辐射吸收率达到0.83-0.87；所述低红外发射率达到0.29-0.33；
设在基膜(20)另一侧面的具有高太阳辐射反射和高红外发射率的辐射制冷层纤维膜(30)，其对可见光波段和红外波段同时进行调控，一方面通过散射太阳光防止吸热，另一方面通过提高红外辐射增加热量散失，通过对两个光学波段的同时调控进一步提高辐射冷却性能；所述辐射制冷层纤维膜(30)采用陶瓷纳米颗粒、红外高发射聚合物复合材料；所述高太阳辐射反射率达到0.92-0.96；所述高红外发射率达到0.90-0.95。
2.如权利要求1所述的一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，所述辐射加热层纤维膜(10)和辐射制冷层纤维膜(30)分别为纤维机械缠结叠层结构。
3.如权利要求1所述的一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，所述辐射加热层纤维膜(10)中的红外透明聚合物(12)包括聚酰胺6、聚酰胺66、聚乙烯、聚甲基戊烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，所述辐射加热层纤维膜(10)中金属纳米颗粒(11)采用纳米镍、纳米铁、纳米银、纳米铜中的任意一种或者多种组合，其中金属纳米颗粒(11)的平均粒径为20-100nm。
5.如权利要求1所述的一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，所述辐射制冷层纤维膜(30)中的红外高发射聚合物(32)包括聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚氨酯或聚偏氟乙烯-共六氟丙烯中的任意一种。
6.如权利要求1所述的一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，所述辐射制冷层纤维膜(30)中的陶瓷纳米颗粒(31)包括二氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆、氧化钇或氮化硼白色粉末中的任意一种或者多种组合，其中陶瓷纳米颗粒(31)的平均粒径为20-200nm。
7.如权利要求1所述的一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，所述金属薄膜包括铝膜、铜膜、银膜或锌膜中的任意一种。
8.如权利要求1所述的一种智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜，其特征在于，所述基膜(20)的厚度为5-20μm；所述辐射加热层纤维膜(10)中单根纤维直径为0.1-2μm，所述辐射加热层纤维膜(10)的厚度为5-40μm；所述辐射制冷层纤维膜(30)中单根纤维直径为0.1-2μm，所述辐射制冷层纤维膜(30)的厚度为100-200μm。
9.如权利要求1～8任一项所述智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、配置辐射加热层纺丝液：
将红外透明聚合物(12)加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解，获得固含量为8-30％的静电纺丝液A；向静电纺丝液A中加入金属纳米颗粒(11)，机械搅拌60-150min，得到均匀分散的辐射加热层纺丝液；
S2、制备辐射加热层纤维膜(10)：
采用静电纺丝设备，在静电纺丝设备的接收装置底部铺贴金属薄膜，调节静电纺丝参数，进行静电纺丝得到辐射加热层纤维膜(10)；
S3、配置辐射制冷层纺丝液：
将红外高发射聚合物(32)加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解，获得固含量为5-20％的静电纺丝液B；向静电纺丝液B中加入陶瓷纳米颗粒(31)的水溶液，机械搅拌60-240min，得到均匀分散的辐射制冷层纺丝液；
S4、制备辐射制冷层纤维膜(30)：
采用静电纺丝设备，将含辐射加热层纤维膜(10)的金属薄膜翻转铺贴在接收装置底部，调节静电纺丝参数，进行静电纺丝得到辐射制冷层纤维膜(30)。
10.如权利要求9所述智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括甲酸、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮中的任意一种或者多种组合。
11.如权利要求9所述智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述金属纳米颗粒(11)和红外透明聚合物(12)的质量比为10-30％。
12.如权利要求9所述智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述静电纺丝液B与陶瓷纳米颗粒(31)的水溶液体积比为8∶1～2∶1。
13.如权利要求9所述智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述静电纺丝具体操作参数：温度为15-30℃，湿度为16-40％，纺丝正电压为10-25kV，负电压为-2-0kV，喷丝头到接收装置的距离为10-20cm，推进速度为0.06-1.5mL/h。
14.如权利要求9所述智能辐射热控用Janus柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述静电纺丝具体操作参数：温度为15-30℃，湿度为16-40％，纺丝正电压为10-25kV，负电压为-2-0kV，喷丝头到接收装置的距离为10-20cm，推进速度为0.3-5mL/h。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114350155A (zh) * 2022-02-23 2022-04-15 山东大学 一种高热导率薄膜及其制备方法与应用
CN114457509A (zh) * 2021-12-30 2022-05-10 东华大学 基于微纳米多级结构的超薄辐射制冷纤维膜及其制备方法
CN114550999A (zh) * 2022-01-25 2022-05-27 东华大学 一种多层皮芯结构的电化学红外调控纤维的连续化制备方法
CN114536901A (zh) * 2022-02-24 2022-05-27 哈尔滨工业大学（威海） 一种具有温度自适应性的分离式柔性智能辐射热控复合膜及其制备方法与应用
CN115257096A (zh) * 2022-07-26 2022-11-01 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种热辐射抑制叠层结构、其制备方法及应用
CN115323626A (zh) * 2022-08-30 2022-11-11 暨南大学 一种聚合物与功能配合物复合热管理材料及其制备方法和应用
CN115478430A (zh) * 2022-08-26 2022-12-16 东华大学 一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶及其制备方法
CN115491903A (zh) * 2022-09-22 2022-12-20 南京大学 一种钙盐增强型高性能辐射制冷聚合物薄膜的制备方法
CN115852591A (zh) * 2022-12-07 2023-03-28 哈尔滨工业大学 一种机械调节反射率的全天候热管理薄膜的制备方法
WO2023159413A1 (zh) * 2022-02-24 2023-08-31 万德辉 辐射散热装置及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109881539A (zh) * 2019-03-07 2019-06-14 江苏大学 一种红外辐射Janus膜的制备方法及其应用于建筑节能
CN110042564A (zh) * 2019-04-18 2019-07-23 东华大学 一种辐射制冷纤维膜及其制备方法和应用
CN110777561A (zh) * 2019-10-21 2020-02-11 上海交通大学 一种金属纳米颗粒-聚合物复合材料及其制备方法与应用
CN111393915A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 上海大学 被动型辐射制冷复合材料层及其制备方法
CN111996679A (zh) * 2020-08-31 2020-11-27 上海交通大学 一种彩色辐射制冷柔性复合薄膜及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109881539A (zh) * 2019-03-07 2019-06-14 江苏大学 一种红外辐射Janus膜的制备方法及其应用于建筑节能
CN110042564A (zh) * 2019-04-18 2019-07-23 东华大学 一种辐射制冷纤维膜及其制备方法和应用
CN110777561A (zh) * 2019-10-21 2020-02-11 上海交通大学 一种金属纳米颗粒-聚合物复合材料及其制备方法与应用
CN111393915A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 上海大学 被动型辐射制冷复合材料层及其制备方法
CN111996679A (zh) * 2020-08-31 2020-11-27 上海交通大学 一种彩色辐射制冷柔性复合薄膜及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XUEJIE YUE ETL: ""Robust Janus fibrous membrane switchable infrared radiation properties for potential building thermal management application"", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114457509A (zh) * 2021-12-30 2022-05-10 东华大学 基于微纳米多级结构的超薄辐射制冷纤维膜及其制备方法
CN114550999A (zh) * 2022-01-25 2022-05-27 东华大学 一种多层皮芯结构的电化学红外调控纤维的连续化制备方法
CN114550999B (zh) * 2022-01-25 2024-05-14 东华大学 一种多层皮芯结构的电化学红外调控纤维的连续化制备方法
CN114350155A (zh) * 2022-02-23 2022-04-15 山东大学 一种高热导率薄膜及其制备方法与应用
CN114536901B (zh) * 2022-02-24 2023-08-18 哈尔滨工业大学（威海） 一种具有温度自适应性的分离式柔性智能辐射热控复合膜及其制备方法与应用
WO2023159413A1 (zh) * 2022-02-24 2023-08-31 万德辉 辐射散热装置及其制备方法和应用
CN114536901A (zh) * 2022-02-24 2022-05-27 哈尔滨工业大学（威海） 一种具有温度自适应性的分离式柔性智能辐射热控复合膜及其制备方法与应用
CN115257096A (zh) * 2022-07-26 2022-11-01 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种热辐射抑制叠层结构、其制备方法及应用
CN115478430A (zh) * 2022-08-26 2022-12-16 东华大学 一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶及其制备方法
CN115478430B (zh) * 2022-08-26 2023-10-31 东华大学 一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶及其制备方法
CN115323626A (zh) * 2022-08-30 2022-11-11 暨南大学 一种聚合物与功能配合物复合热管理材料及其制备方法和应用
CN115323626B (zh) * 2022-08-30 2023-11-14 暨南大学 一种聚合物与功能配合物复合热管理材料及其制备方法和应用
CN115491903A (zh) * 2022-09-22 2022-12-20 南京大学 一种钙盐增强型高性能辐射制冷聚合物薄膜的制备方法
CN115491903B (zh) * 2022-09-22 2023-12-19 南京大学 一种钙盐增强型高性能辐射制冷聚合物薄膜的制备方法
CN115852591A (zh) * 2022-12-07 2023-03-28 哈尔滨工业大学 一种机械调节反射率的全天候热管理薄膜的制备方法

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