CN114838520B - 一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，包括温控机械相变机构、泡沫测试箱及其顶部开设的凹槽内设置的被动辐射降温板，温控机械相变机构包括由上框板及绕其周圈设置的多个支撑柱组成的框架，上框板上设有位于泡沫测试箱正上方的百叶窗结构，百叶窗结构包括多个平行布置的薄板、分别位于薄板两侧的两个固定架、L形支架、双程式形状记忆弹簧，固定架下端与上框板连接，上端与薄板转动连接，L形支架的竖板、横板下端分别与上框板、双程式形状记忆弹簧的上端连接，双程式形状记忆弹簧的下端与位于端部的薄板上固定的连接板连接。本装置不仅实现了辐射降温装置降温能力的动态调节，而且结构简单，成本低廉。

Description

一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置及制备方法
技术领域
本发明属于辐照冷却技术领域，具体涉及一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置及制备方法。
背景技术
目前，人们主要依赖空调系统来满足在建筑、汽车、数据中心、冷库等各方面的冷却需求，但是系统运行所需的制冷剂和电力严重加剧了能源消耗和全球变暖。
被动辐射降温技术因其“零能耗、零污染”的特点被认为是一种极具潜力的绿色冷却手段，它的工作原理是反射0.3-2.5μm波段的太阳能，并利用地球大气在8-13μm的窗口将物体自身的热量以红外线的形式送往超冷的深空宇宙来实现自发冷却。
目前已经存在的辐射降温器大多是稳定态结构，这些辐射降温器存在一个显著问题：无法随环境实现冷却能力的变化，会在不期望制冷的时间段过度制冷，这极大的限制了辐射降温器应用的时空场景和潜在价值。对于维持空间温度的热舒适是不利的，在冬季或寒冷地区无法使用，因此应用价值受到极大的限制。寻求冷却能力的动态可调是实现自适应辐射降温的前提，自适应辐射降温材料的设计开发是一个新兴且具备现实意义的重大挑战。
为了使辐射降温器具有智能控温、动态按需制冷的功能，使其能在各种不同环境下发挥作用，如中国专利CN112921273A中公开的一种基于相变材料二氧化钒的动态热辐射制冷器件，其基于经典的金属-介质-金属超表面结构设计，引入过渡介质层有效提高了相变材料二氧化钒薄膜的附着力，并通过介质层材料的选择调控整个器件与室温下黑体辐射率的峰值相对应，达到自适应辐射降温的目的。目前通过被动手段动态调控被动辐射降温存在材料结构复杂、调控能力不足、响应速度慢、缺乏实验验证等问题，虽不需要外部能源的消耗但距离真实世界的应用还有很远的路要走，每一项问题都是亟待解决的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的上述问题，提供一种能够根据周围环境实现被动控温的基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置及制备方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，包括温控机械相变机构、泡沫测试箱、被动辐射降温板，所述温控机械相变机构包括由上框板及绕其周圈设置的多个支撑柱组成的框架，所述上框板上设置有百叶窗结构，所述百叶窗结构包括多个平行布置的薄板、两个固定架、L形支架、双程式形状记忆弹簧，两个所述固定架分别位于薄板的两侧，固定架的下端与上框板固定连接，固定架的上端与薄板转动连接，所述L形支架包括相互连接的一号横板、一号竖板，所述一号竖板与上框板固定连接，所述一号横板的下端与双程式形状记忆弹簧的上端固定连接，双程式形状记忆弹簧的下端与位于端部的薄板上固定的连接板固定连接，所述泡沫测试箱位于百叶窗结构的正下方，所述被动辐射降温板位于泡沫测试箱顶部开设的凹槽内部。
所述固定架包括相互平行的一号多孔长板、二号多孔长板，所述一号多孔长板位于二号多孔长板的上方，所述二号多孔长板的底部与上框板固定连接；
所述百叶窗结构还包括多个第一铁丝以及第二铁丝，所述第一铁丝的端部与一号多孔长板上开设的通孔连接，第一铁丝的中部与薄板的一侧固定连接，所述第二铁丝的端部与一号多孔长板上开设的通孔连接，第二铁丝的中部与薄板的另一侧固定连接。
所述百叶窗结构还包括挡板，所述挡板的底部与上框板固定连接，挡板的侧部与位于端部的薄板上连接的第二铁丝相接触。
所述薄板上涂覆有光学选择性薄膜，所述光学选择性薄膜为反光薄膜或吸热薄膜，所述反光薄膜为铝膜或银膜，所述吸热薄膜为蓝钛膜或黑铬膜。
所述凹槽的开口处铺设有密封PE膜。
所述被动辐射降温板的红外发射率、太阳反射率分别为0.90-0.95、0.94-0.97，被动辐射降温板为多层结构，包括由上至下依次布置的高红外发射膜层、高透光基层、反射膜层，所述高红外发射膜层、高透光基层、反射膜层的厚度分别为0.1-1.0mm、0.2-0.5mm、0.2-0.5mm。
所述高红外发射膜层采用的材料为聚合物材料或无机材料中的至少一种，所述聚合物材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷或聚氧化乙烯，所述无机材料为二氧化硅、三氧化二铝、氮化硅或氧化镁；
所述高透光基层采用的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚双烯丙基二甘醇碳酸酯；
所述反射膜层采用的材料为金属膜。
所述高红外发射膜层采用的材料为粒径在30-500nm的二氧化硅。
所述被动辐射降温板还包括紫铜板、二氧化硅气凝胶垫，所述紫铜板的上、下表面分别与反射膜层的下表面、二氧化硅气凝胶垫的上表面紧密接触，所述紫铜板、二氧化硅气凝胶垫的厚度均为0.5-1.0mm。
一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置的制备方法，包括被动辐射降温板的制备方法，所述被动辐射降温板的制备方法依次包括以下步骤：
步骤一、先向高红外发射膜层采用的材料中加入有机溶剂，然后搅拌或研磨均匀以得到浆液；
步骤二、先基于丝网印刷技术将浆液均匀涂覆在高透光基层的上表面，再对其依次进行压制，得到高红外发射膜层；
步骤三、采用静电吸附的方式在高透光基层的背面附着反射膜层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置包括温控机械相变机构，该温控机械相变机构包括由上框板及绕其周圈设置的多个支撑柱组成的框架，上框板上设置有百叶窗结构，百叶窗结构包括多个平行布置的薄板、两个固定架、L形支架、双程式形状记忆弹簧，两个固定架分别位于薄板的两侧，固定架的下端与上框板固定连接，固定架的上端与薄板转动连接，L形支架包括相互连接的一号横板、一号竖板，一号竖板与上框板固定连接，一号横板的下端与双程式形状记忆弹簧的上端固定连接，双程式形状记忆弹簧的下端与位于端部的薄板上固定的连接板固定连接，该机构利用双程式形状记忆弹簧根据环境温度可逆伸缩变化的特点，通过与其连接的连接板带动薄板转动，从而改变百叶窗的开度，继而动态调节辐射降温装置的降温能力。因此，本发明实现了辐射降温装置降温能力的动态调节。
2、本发明一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置中百叶窗结构还包括多个第一铁丝以及第二铁丝，固定架包括相互平行的一号多孔长板、二号多孔长板，二号多孔长板的底部与上框板固定连接，第一铁丝的端部与一号多孔长板上开设的通孔连接，中部与薄板的一侧固定连接，第二铁丝的端部与一号多孔长板上开设的通孔连接，中部与薄板的另一侧固定连接，该结构使得双程式形状记忆弹簧伸缩变形后通过连接板带动端部的薄板转动，端部的薄板在转动过程中会带动一号多孔长板平移，从而带动其他薄板转动，实现百叶窗结构的开合，该联动机构结构简单，成本低廉。因此，本发明结构简单，成本低廉。
3、本发明一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置中被动辐射降温板为多层结构，包括由上至下依次布置的高红外发射膜层、高透光基层、反射膜层，该被动辐射降温板采用红外高发射率材料以及高太阳反射材料，通过高太阳反射降低太阳能量的吸收，并利用高红外发射的特性，对可见光波段和红外波段双重调控，达到被动辐射降温的效果，具有较宽的温度调控范围。因此，本发明具有较宽的温度调控范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为被动辐射降温板的结构示意图。
图4为实施例1制备得到的被动辐射降温板在太阳波段、中红外波段的吸收光谱。
图5为实施例1制备得到的200nm二氧化硅颗粒太阳波段、中红外波段的吸收光谱。
图6为银箔的反射光谱。
图7为铝膜、蓝钛膜与黑铬膜在太阳波段和中红外波段内的光谱。
图8为实施例1得到的辐射降温装置的夜间户外实验结果。
图9为双程式形状记忆弹簧与薄板张开角度α的关系曲线。
图10为实际测试得到的冷却比例和理论冷却比例曲线。
图中，温控机械相变机构1、上框板11、泡沫测试箱2、凹槽21、被动辐射降温板3、百叶窗结构4、薄板41、固定架42、一号多孔长板421、二号多孔长板422、L形支架43、一号横板431、一号竖板432、双程式形状记忆弹簧44、连接板45、第一铁丝46、第二铁丝47、挡板48、光学选择性薄膜5。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步的说明。
参见图1-图3，一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，包括温控机械相变机构1、泡沫测试箱2、被动辐射降温板3，所述温控机械相变机构1包括由上框板11及绕其周圈设置的多个支撑柱12组成的框架，所述上框板11上设置有百叶窗结构4，所述百叶窗结构4包括多个平行布置的薄板41、两个固定架42、L形支架43、双程式形状记忆弹簧44，两个所述固定架42分别位于薄板41的两侧，固定架42的下端与上框板11固定连接，固定架42的上端与薄板41转动连接，所述L形支架43包括相互连接的一号横板431、一号竖板432，所述一号竖板432与上框板11固定连接，所述一号横板431的下端与双程式形状记忆弹簧44的上端固定连接，双程式形状记忆弹簧44的下端与位于端部的薄板41上固定的连接板45固定连接，所述泡沫测试箱2位于百叶窗结构4的正下方，所述被动辐射降温板3位于泡沫测试箱2顶部开设的凹槽21内部。
所述固定架42包括相互平行的一号多孔长板421、二号多孔长板422，所述一号多孔长板421位于二号多孔长板422的上方，所述二号多孔长板422的底部与上框板11固定连接；
所述百叶窗结构4还包括多个第一铁丝46以及第二铁丝47，所述第一铁丝46的端部与一号多孔长板421上开设的通孔连接，第一铁丝46的中部与薄板41的一侧固定连接，所述第二铁丝47的端部与一号多孔长板421上开设的通孔连接，第二铁丝47的中部与薄板41的另一侧固定连接。
所述百叶窗结构4还包括挡板48，所述挡板48的底部与上框板11固定连接，挡板48的侧部与位于端部的薄板41上连接的第二铁丝47相接触。
所述薄板41上涂覆有光学选择性薄膜5，所述光学选择性薄膜5为反光薄膜或吸热薄膜，所述反光薄膜为铝膜或银膜，所述吸热薄膜为蓝钛膜或黑铬膜。
所述凹槽21的开口处铺设有密封PE膜。
所述被动辐射降温板3的红外发射率、太阳反射率分别为0.90-0.95、0.94-0.97，被动辐射降温板3为多层结构，包括由上至下依次布置的高红外发射膜层31、高透光基层32、反射膜层33，所述高红外发射膜层31、高透光基层32、反射膜层33的厚度分别为0.1-1.0mm、0.2-0.5mm、0.2-0.5mm。
所述高红外发射膜层31采用的材料为聚合物材料或无机材料中的至少一种，所述聚合物材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷或聚氧化乙烯，所述无机材料为二氧化硅、三氧化二铝、氮化硅或氧化镁；
所述高透光基层32采用的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚双烯丙基二甘醇碳酸酯；
所述反射膜层33采用的材料为金属膜。
所述高红外发射膜层31采用的材料为粒径在30-500nm的二氧化硅。
所述被动辐射降温板3还包括紫铜板34、二氧化硅气凝胶垫35，所述紫铜板34的上、下表面分别与反射膜层33的下表面、二氧化硅气凝胶垫35的上表面紧密接触，所述紫铜板34、二氧化硅气凝胶垫35的厚度均为0.5-1.0mm。
一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置的制备方法，包括被动辐射降温板的制备方法，所述被动辐射降温板的制备方法依次包括以下步骤：
步骤一、先向高红外发射膜层31采用的材料中加入有机溶剂，然后搅拌或研磨均匀以得到浆液；
步骤二、先基于丝网印刷技术将浆液均匀涂覆在高透光基层32的上表面，再对其依次进行压制，得到高红外发射膜层31；
步骤三、采用静电吸附的方式在高透光基层32的背面附着反射膜层33。
本发明的原理说明如下：
本发明提供了一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，包括温控机械相变机构1、被动辐射降温板3。温控机械相变机构1利用双程式形状记忆弹簧对温度的响应，随着温度的变化双程式镍钛形状记忆弹簧会做出相应的伸缩变化，通过机械连接带动薄板运动，从而改变薄板的打开角度，以此来动态调节辐射降器的冷却能力。被动辐射降温板3由可见光透过率高的基层薄膜、设在基层薄膜顶层的具有高红外发射和低太阳吸收的红外辐射薄膜材料、设在基层薄膜底层的具有高太阳反射的反射薄膜材料叠加而成，可对可见光波段和红外波段同时进行调控。
双程式形状记忆弹簧44：本发明采用的双程式形状记忆弹簧44为镍钛合金，其温度响应范围在-5-20℃，对应长度的变化范围为9-13mm。
挡板48：本发明在上框板11上设置有与端部的薄板41上连接的第二铁丝47相接触的挡板48，基于该结构可使得第二铁丝47处作为薄板41的转轴，不仅能够实现对薄板41下端的限位，而且还能确保下方被动辐射降温板3的所有辐射能量从薄板41表面反射出去，有利于温控机械相变机构1对被动辐射降温板3冷却能力的精准调控。
紫铜板34、二氧化硅气凝胶垫35：本发明在反射膜层33的下表面依次复合有紫铜板34、二氧化硅气凝胶垫35，紫铜板34可承载被动辐射降温板3且保证良好的导热能力，二氧化硅气凝胶垫35用于减少辐射器的导热损失。
实施例1：
参见图1-图3，一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，包括温控机械相变机构1、泡沫测试箱2、被动辐射降温板3，所述温控机械相变机构1包括由上框板11及其四角处设置的四个支撑柱12组成的框架，所述上框板11上设置有百叶窗结构4，所述百叶窗结构4包括多个平行布置且尺寸为15cm×1cm×1mm的薄板41、分别位于薄板41两侧的两个固定架42、L形支架43、双程式形状记忆弹簧44、多个第一铁丝46以及第二铁丝47、挡板48，所述薄板41的上、下表面均涂覆有光学选择性薄膜5，所述光学选择性薄膜5为铝膜，所述固定架42包括相互平行的一号多孔长板421、二号多孔长板422，所述一号多孔长板421位于二号多孔长板422的上方，所述二号多孔长板422的底部与上框板11固定连接，所述L形支架43包括相互连接的一号横板431、一号竖板432，所述一号竖板432与上框板11固定连接，所述一号横板431的下端与双程式形状记忆弹簧44的上端固定连接，双程式形状记忆弹簧44的下端与位于端部的薄板41上固定的连接板45固定连接，所述第一铁丝46的端部与一号多孔长板421上开设的通孔连接，第一铁丝46的中部与薄板41的一侧固定连接，所述第二铁丝47的端部与一号多孔长板421上开设的通孔连接，第二铁丝47的中部与薄板41的另一侧固定连接，所述挡板48的底部与上框板11固定连接，挡板48的侧部与位于端部的薄板41上连接的第二铁丝47相接触，所述泡沫测试箱2位于百叶窗结构4的正下方，泡沫测试箱2的外壁用铝箔包裹，以减少日间太阳对箱体周围的加热和夜间箱体自身的辐射降温，其外部尺寸为20cm×20cm×20cm，泡沫测试箱2的顶部开设有尺寸为10cm×10cm×2cm的凹槽21，所述被动辐射降温板3位于凹槽21内部，且凹槽21的开口处铺设有密封PE膜以减少辐射器的对流热损失，所述被动辐射降温板3为多层结构，其尺寸为8cm×8cm，包括由上至下依次布置的厚度为0.3mm的高红外发射膜层31、厚度为0.35mm的高透光基层32、厚度为0.35mm的反射膜层33、厚度为1.0mm的紫铜板34、厚度为1.0mm的二氧化硅气凝胶垫35，所述高红外发射膜层31采用的材料为粒径为200nm的二氧化硅颗粒，所述高透光基层32采用的材料为聚丙烯，所述反射膜层33采用的材料为银箔。
上述基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置的制备方法，依次按照以下步骤进行：
1、先向高红外发射膜层31采用的材料中加入有机溶剂无水乙醇，然后研磨均匀以得到浆液；
2、基于丝网印刷技术，先将浆液转移到丝网印刷制版上前端一侧，并在制版下方合适的距离处放置高透光基层32，再利用橡胶刮板将二氧化硅浆液从丝网制版的前端刮推到后端，以将其均匀涂覆在高透光基层32的上表面，待无水乙醇挥发后置于热压机中，在12MPa、60℃下压制10min，自然冷却到室温即得到高红外发射膜层31；
3、采用静电吸附的方式在高透光基层32的背面附着反射膜层33；
4、在反射膜层33的背面依次贴附紫铜板34、二氧化硅气凝胶垫35，此时，被动辐射降温板3制备完成；
5、组装温控机械相变机构1。
本实施例中被动辐射降温板3的红外波段发射率、太阳波段反射率分别为0.94、0.95，将该辐射降温装置置于顶峰日间太阳辐照度为800W/m2的大气环境下，相对环境温度可降低5-10℃。
实施例2：
与实施例1的不同之处在于：
所述高红外发射膜层31采用的材料为聚二甲基硅氧烷，高红外发射膜层31、高透光基层32、反射膜层33的厚度分别为0.2mm、0.2mm、0.3mm。
所述制备方法中，高红外发射膜层31通过前驱体溶液刮涂热处理工艺制备得到。
本实施例中被动辐射降温板3的红外波段发射率、太阳波段反射率分别为0.93、0.94，将该辐射降温装置置于顶峰日间太阳辐照度为800W/m2的大气环境下，测得相对环境温度可降低4-8℃。
实施例3：
与实施例2的不同之处在于：
所述反射膜层33采用的材料为铝箔，高红外发射膜层31、高透光基层32、反射膜层33的厚度分别为0.2mm、0.2mm、0.5mm。
本实施例中被动辐射降温板3的红外波段发射率、太阳波段反射率分别为0.98、0.94，将该辐射降温装置置于顶峰日间太阳辐照度为900W/m2的大气环境下，测得相对环境温度可降低5-11℃。
实施例4：
与实施例1的不同之处在于：
所述薄板41的上表面涂覆的光学选择性薄膜5为蓝钛膜，薄板41的下表面涂覆的光学选择性薄膜5为银膜。该结构在百叶窗结构4完全关闭时可起到太阳能吸收板的作用。
将该辐射降温装置置于顶峰日间太阳辐照度为472W/m2的大气环境下，测得最大制热温差为15.6℃。
实施例5：
与实施例4的不同之处在于：
所述薄板41的上表面涂覆的光学选择性薄膜5为黑铬膜。
将该辐射降温装置置于顶峰日间太阳辐照度为582W/m2的大气环境下，测得最大制热温差为20.7℃。
为考察本发明装置的性能，进行如下测试：
1、光谱测试
对实施例1得到的被动辐射降温板分别进行太阳波段和中红外波段内的光谱表征测试，结果如图4、图5所示。
图4中的a图、b图分别为被动辐射降温板在太阳波段、中红外波段的吸收光谱(柱状区域为AM1.5的太阳波段辐射光谱)，图5中的a图、b图分别为200nm二氧化硅颗粒在太阳波段、中红外波段的吸收光谱(柱状区域为标准大气辐射光谱)。通过对比图4、图5可以看出，被动辐射降温板在太阳波段以及中红外波段内的吸收率均大于二氧化硅颗粒，这是由高透光基层以及反射膜层的吸收导致的。
另外，与图6所示银箔的光谱相比，被动辐射降温板在紫外区域具有更高的反射率，这是因为200nm的二氧化硅颗粒尺寸能借助强烈的米氏散射有效地散射太阳光中的高能紫外线部分，降低了银膜对于紫外区域太阳光的吸收。被动辐射降温板整个大气窗口内具有高的发射率，在大气窗口之外的谱段内拥有较低的发射率，其中发射率顶峰位置与二氧化硅吸收峰的很好的吻合，表明辐射降温器的光谱性能很好的满足全天可持续辐射降温的要求。
2、将铝膜、蓝钛膜与黑铬膜分别进行太阳波段和中红外波段内的光谱表征测试，结果参见图7。
从图7可以看出，蓝钛和黑铬比铝在太阳波段拥有更高的吸收率，因此蓝钛膜和黑铬膜比铝箔具有更好的太阳加热能力，通过在薄板41的上表面涂覆蓝钛膜或黑铬膜，在冬季完全关闭的状态下，可起到类似于太阳能吸收板的作用，实现加热的效果，从而使得辐射降温装置能够实现冬暖夏凉的双重功能。这种设计有助于完成整一年的能源节省，实现全年建筑内的热舒适。
3、辐射降温装置基于薄板张开角度调控降温能力的考察
将实施例1得到的辐射降温装置在夜间进行户外实验(北纬30°31′24″，东经114°20′34″，有雾霾)，在实验过程中，薄板的张开角度以15°的间隔从0°到90°变化。在每一个固定张开角度下的测试时间为120min，结果如图8所示。
从图8可以看出，在角度调整期间，Tangle在不同的角度下对应的时间里拥有不同的冷却能力(整个冷却过程持续了13个小时，图中的毛刺是由于温度测试仪器的波动造成的)。
为确定不同角度下辐射降温装置的冷却能力变化情况，先构建双程式形状记忆弹簧与薄板张开角度α的关系曲线，如图9所示(a图为12℃下薄板开始张开、α从0°变化为66°的关系图，b图为12℃下薄板开始张开、α从0°变化为90°的关系图，图中，a是薄片开始打开时对应弹簧的长度，b是从弹簧底部连接点到薄片转轴的距离，c为薄板打开角度为90°时对应弹簧的长度，d为薄板的宽度，e为弹簧顶部连接点到薄板转轴的距离，θ是弹簧轴向与薄板之间的角度，L为弹簧的长度)，再对图9中的温度数据进行冷却比例换算(由于毛刺的存在，所有的温度数据被每6秒记录一次，每10分钟平均一次)，冷却比例通过下式给出：
Ratio＝ΔT1/ΔT2
ΔT1＝Tamb-Tangle
ΔT2＝Tamb-Topen
上式中，Ratio为冷却比例，Tamb、Topen和Tangle分别为环境空气温度、张开角度为90°时对应辐射降温装置温度和薄板张开角度定量变化时辐射降温装置温度。
结果参见图10，从该图中可以清楚看到，辐射降温装置的冷却能力随薄板张开角度(水平角度)发生变化。当张开角度为45°时，大部分冷却效果被释放；当张开角度达到60°时，冷却效果几乎完全释放。在每一个固定的张开角度下，实验测试的冷却比例与理论计算值吻合较好，有效地证实了改变薄板张开角度可以调节辐射能力，从而实现对辐射降温装置冷却能力的控制。其中，冷却比例的理论值采用以下模型计算得到：
Ratio＝ΔT(α)/ΔT(α＝90°)
Pnet(α)＝Pr(α)-Pa(α)-Pnonrad
Figure BDA0003621024240000111
Figure BDA0003621024240000121
Figure BDA0003621024240000122
Figure BDA0003621024240000123
Figure BDA0003621024240000124
Pnonrad＝hc(Ta-Tr)
hc＝hcond+hconv
上式中，ΔT(α)为Pnet(α)等于0时辐射降温装置的温度与环境温度的差值，Pnet(α)为薄板张开角度α对应的辐射降温装置的净冷却功率，Pr(a)为辐射降温装置辐射出去的能量，Pa(α)为辐射降温装置吸收的辐射能量，Pnonrad为非辐射寄生热，UB(Tr)为黑体在温度为T时对应的光谱辐射分布，er为发射率，
Figure BDA0003621024240000125
为方位角，t为天顶方向的大气透过率，L1、L2分别为发射角度β不能透过、能透过的区域，hc为非辐射热传系数，Ta、Tr分别为环境温度和辐射降温装置的温度，hcond、hconv为辐射降温装置与外部表面接触时的传导热系数和与邻近空气的对流热系数。/>

Claims (8)

1.一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，其特征在于：
所述装置包括温控机械相变机构（1）、泡沫测试箱（2）、被动辐射降温板（3），所述温控机械相变机构（1）包括由上框板（11）及绕其周圈设置的多个支撑柱（12）组成的框架，所述上框板（11）上设置有百叶窗结构（4），所述百叶窗结构（4）包括多个平行布置的薄板（41）、两个固定架（42）、L形支架（43）、双程式形状记忆弹簧（44），两个所述固定架（42）分别位于薄板（41）的两侧，固定架（42）的下端与上框板（11）固定连接，固定架（42）的上端与薄板（41）转动连接，所述L形支架（43）包括相互连接的一号横板（431）、一号竖板（432），所述一号竖板（432）与上框板（11）固定连接，所述一号横板（431）的下端与双程式形状记忆弹簧（44）的上端固定连接，双程式形状记忆弹簧（44）的下端与位于端部的薄板（41）上固定的连接板（45）固定连接，所述泡沫测试箱（2）位于百叶窗结构（4）的正下方，所述被动辐射降温板（3）位于泡沫测试箱（2）顶部开设的凹槽（21）内部；
所述被动辐射降温板（3）的红外发射率、太阳反射率分别为0.90-0.95、0.94-0.97，被动辐射降温板（3）为多层结构，包括由上至下依次布置的高红外发射膜层（31）、高透光基层（32）、反射膜层（33），所述高红外发射膜层（31）、高透光基层（32）、反射膜层（33）的厚度分别为0.1-1.0mm、0.2-0.5mm、0.2-0.5mm；
所述薄板（41）上涂覆有光学选择性薄膜（5），所述光学选择性薄膜（5）为反光薄膜或吸热薄膜，所述反光薄膜为铝膜或银膜，所述吸热薄膜为蓝钛膜或黑铬膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，其特征在于：
所述固定架（42）包括相互平行的一号多孔长板（421）、二号多孔长板（422），所述一号多孔长板（421）位于二号多孔长板（422）的上方，所述二号多孔长板（422）的底部与上框板（11）固定连接；
所述百叶窗结构（4）还包括多个第一铁丝（46）以及第二铁丝（47），所述第一铁丝（46）的端部与一号多孔长板（421）上开设的通孔连接，第一铁丝（46）的中部与薄板（41）的一侧固定连接，所述第二铁丝（47）的端部与一号多孔长板（421）上开设的通孔连接，第二铁丝（47）的中部与薄板（41）的另一侧固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，其特征在于：所述百叶窗结构（4）还包括挡板（48），所述挡板（48）的底部与上框板（11）固定连接，挡板（48）的侧部与位于端部的薄板（41）上连接的第二铁丝（47）相接触。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，其特征在于：所述凹槽（21）的开口处铺设有密封PE膜。
5.根据权利要求1所述的一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，其特征在于：
所述高红外发射膜层（31）采用的材料为聚合物材料或无机材料中的至少一种，所述聚合物材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷或聚氧化乙烯，所述无机材料为二氧化硅、三氧化二铝、氮化硅或氧化镁；
所述高透光基层（32）采用的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚双烯丙基二甘醇碳酸酯；
所述反射膜层（33）采用的材料为金属膜。
6.根据权利要求5所述的一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，其特征在于：所述高红外发射膜层（31）采用的材料为粒径在30-500nm的二氧化硅。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置，其特征在于：所述被动辐射降温板（3）还包括紫铜板（34）、二氧化硅气凝胶垫（35），所述紫铜板（34）的上、下表面分别与反射膜层（33）的下表面、二氧化硅气凝胶垫（35）的上表面紧密接触，所述紫铜板（34）、二氧化硅气凝胶垫（35）的厚度均为0.5-1.0mm。
8.一种权利要求1所述的基于功能记忆材料的温敏辐射降温装置的制备方法，其特征在于：
所述制备方法包括被动辐射降温板的制备方法，所述被动辐射降温板的制备方法依次包括以下步骤：
步骤一、先向高红外发射膜层（31）采用的材料中加入有机溶剂，然后搅拌或研磨均匀以得到浆液；
步骤二、先基于丝网印刷技术将浆液均匀涂覆在高透光基层（32）的上表面，再对其依次进行压制，得到高红外发射膜层（31）；
步骤三、采用静电吸附的方式在高透光基层（32）的背面附着反射膜层（33）。
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