CN114867925A - 多表面无源冷却制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无源冷却制品(120),该无源冷却制品包括多个第一元件(122)和多个第二元件(124),该多个第一元件限定在大气窗波长范围内的高吸光度并且限定在太阳波长范围内的高平均反射率,该多个第二元件限定在大气窗波长范围内的低吸光度并且限定在太阳波长范围内的高平均反射率,其中该多个第一元件(122)和该多个第二元件(124)散置以形成主结构,该主结构具有包括第一元件外表面(126)和第二元件外表面(128)的第一主表面(130),其中该第一元件外表面(126)面向朝向该主结构(130)的第一端部区域(136)的第一方向,并且该第二元件外表面(128)面向朝向该主结构的第二端部区域(136)的第二方向。该制品(120)可被施加到基底(104),例如在车辆或固定结构的大致竖直的表面上。
Description
没有外部能量源的无源辐射冷却对于减少冷却应用诸如制冷、空调、车辆、电力变压器和通信天线中所需的电力可能是有吸引力的。用于在白天发生无源辐射冷却的表面材料特性包括在0.3微米至2.5微米的太阳能波长内的低发射率和在3微米至20微米的红外波长范围内的高发射率。对于通过无源辐射冷却将表面冷却到空气温度以下,该表面可以在8微米至13微米的红外波长范围内具有高发射率,而在3微米至8微米(或13微米至20微米)的波长范围内不具有高发射率。根据基尔霍夫热辐射定律,高发射率与高吸光度相关。辐射冷却表面相对于天空的取向,特别是在竖直表面上,可影响性能。对在白天进行无源冷却的能力进行了一些研究。已经描述了由用于无源冷却的膜制成的一些冷却板。
发明内容
本公开提供了使用多表面无源冷却制品的无源冷却。特别地,本公开涉及无源冷却制品,该无源冷却制品具有至少部分地限定第一元件表面的高发射率元件以及至少部分地限定面向与第一表面不同方向的第二元件表面的低发射率元件,其中高发射率元件和低发射率元件形成主结构的表面。在一些应用中,主结构适用于基底(诸如建筑物或车辆)的竖直表面,其中高发射率元件面向天空或朝向天空向上取向,而低发射率元件面向地面或朝向地面向下取向,或至少被高发射率元件“遮蔽”。该结构可被描述为“冷壁”表面材料。高发射率元件可形成高发射率太阳能镜。低发射率元件可形成具有任选的视觉图形的低发射率红外(IR)镜。元件表面可包括宏观结构、微结构或甚至纳米结构以促进各种特性。
在一方面,本公开涉及在制品的不同面向元件上的大气窗区中具有高吸光度和低吸光度的无源冷却制品。无源冷却制品包括限定第一元件外表面的多个第一元件和限定第二元件外表面的多个第二元件。多个第一元件限定在8微米至13微米(在一些实施方案中,4微米至20微米)的大气窗波长范围内大于或等于0.6(在一些实施方案中,大于或等于0.7、0.8、0.9或甚至1)的第一吸光度,并且限定在0.4微米至2.5微米(在一些实施方案中,0.3微米至3.5微米)的太阳波长范围内大于或等于80%(在一些实施方案中,大于或等于90%)的第一平均反射率。多个第二元件限定在大气窗波长范围内小于或等于0.5(在一些实施方案中,小于或等于0.4、0.3、0.2或甚至0.1;通常低于第一吸光度)的第二吸光度,并且限定在太阳波长范围内大于或等于60%(在一些实施方案中,大于或等于80%、或甚至90%)的第二平均反射率。多个第一元件和多个第二元件散置以形成主结构,该主结构具有包括第一元件外表面和第二元件外表面的第一主表面,以及与第一主表面相反的第二主表面。主结构具有第一端部区域和第二端部区域,其中第一元件外表面面向朝向第一端部区域的第一方向,并且第二元件外表面面向朝向第二端部区域的第二方向。
在另一方面,本公开涉及包括无源冷却制品的设备(或系统)。该设备包括能够被冷却的基底,基底表面的至少一部分被配置为暴露于太阳能。无源冷却制品至少覆盖基底表面的一部分,以反射指向基底表面的太阳能。
如本文所用,术语“无源冷却”是指可提供冷却而不消耗来自能量源(诸如电池或其他电源)的能量的无源辐射冷却。无源冷却可被定义为与消耗能量源的“有源冷却”(例如,通过具有由电力驱动的压缩机和风扇的空调单元进行冷却)相反。
如本文所用,术语“光”是指具有任何波长的电磁能。在一些实施方案中,光意指具有至多20微米或至多13微米的波长的电磁能。在一些实施方案中,光意指在0.25微米至20微米的电磁光谱区域中的辐射能。
如本文所用,电磁光谱的“太阳区域”或“太阳波长范围”是指电磁光谱的部分地或完全包括太阳光或太阳能的部分。该太阳区域可包括可见波长、紫外波长或红外波长的光中的至少一者。太阳区域可被定义为0.4微米至2.5微米(或0.3微米至2.5微米,0.3微米至3.0微米,或甚至0.3微米至3.5微米)范围内的波长。
如本文所用,电磁光谱的“大气窗区”或“大气窗波长范围”是指电磁光谱的部分地或完全包括可部分地透射穿过大气层的波长的部分。该大气窗区可包括至少一些红外波长的光。大气窗区可被定义为8微米至13微米、7微米至14微米或甚至6微米至14微米范围内的波长。
如本文所用,术语“可见”、“可见区域”或“可见波长范围”是指0.4微米至0.8微米的波长。
如本文所用,术语“红外”、“红外区域”或“红外波长范围”是指大于或等于0.8微米且小于1毫米的光波长。“近红外区域”是指0.8微米至4微米的波长。“中红外区域”是指4微米至20微米的波长。
如本文所用,术语“材料”是指单片材料或复合材料。
如本文所用,术语“透射度”和“透射率”是指材料层的总透射率与由材料接收的总透射率相比的比率,这可解释吸收、散射、反射等的影响。透射度(T)可在0至1的范围内或表示为百分比(T%)。
术语“平均透射度”是指样品在某一波长范围内的透射度测量值的算术平均值。
可用ASTM E1348-15e1(2015)中所述的方法测量透射率。使用配备有积分球的Lambda 1050分光光度计进行本文所述的透射率测量。Lambda 1050被配置为在透射模式下以5纳米的间隔从250纳米波长的光扫描至2500纳米波长的光。在积分球之前的光路中没有样品的情况下进行背景扫描,并且标准物材料覆盖在积分球端口之上。在进行背景扫描之后,通过用膜样品覆盖积分球的入射口而将该膜样品置于光路中。使用标准检测器进行250纳米至2500纳米范围内的光透射光谱扫描,并且由Lambda 1050随附的软件进行记录。
如本文所用,术语“最小透射度”是指某一波长范围内的最低透射度值。
如本文所用,术语“反射率”和“反射度”是指物体表面反射光的效果。术语“平均反射率”是指以下中的至少一者:均匀非偏振光的反射率测量值(针对至少一个入射角)或光的两个或更多个偏振(例如,s偏振和p偏振,针对至少一个入射角)的反射率测量值的平均值。
可用ASTM E1349-06(2015)中所述的方法测量反射。使用配备有积分球的Lambda1050分光光度计进行本文所述的反射测量。Lambda 1050被配置为在反射模式下以5纳米的间隔从250纳米扫描至2500纳米。在光路中没有样品且材料标准物覆盖积分球端口的情况下进行背景扫描。在进行背景扫描之后,用膜样品替换积分球背面的材料标准物。使用标准检测器进行250纳米至2500纳米范围内的光反射光谱扫描,并且由Lambda 1050随附的软件进行记录。太阳反射率可被报告为在太阳波长范围内的加权平均值。在一些实施方案中,以上列出的值中的任一个值可以是通过根据AM1.5标准太阳光谱的权重对波长范围内的结果进行加权而获得的平均值。
如本文所用,材料表面的“发射率”是其以热辐射发射能量的效果。发射率可被描述为表面的辐射出射度与黑体在与该表面相同的温度下的辐射出射度的比率,并且可在0至1的范围内。可使用红外成像辐射计以ASTM E1933-99a(2010)中所述的方法测量发射率。
如本文所用,术语“吸光度”是指入射辐射功率与透过材料的透射辐射功率的比率的以10为底的对数。该比率可被描述为由材料接收的辐射通量除以由材料透射的辐射通量。可根据以下公式1基于透射度(T)计算吸光度(A):
A=-log10 T=2-log10 T% (公式1)。
如本文所用,术语材料表面的“吸光率”是其在吸收辐射能方面的效果。吸光率可被描述为由表面吸收的辐射通量与由表面接收的辐射通量的比率。如本领域的普通技术人员所知,发射率等于材料表面的吸光率。换句话讲,高吸光度意指高发射率,并且低吸光度意指低发射率。因此,在整个本公开中,发射率和吸光率可互换使用以描述材料的这种特性。
可用ASTM E903-12(2012)中所述的方法测量太阳区域中的吸光度。本文所述的吸光度测量通过如前所述进行透射率测量,然后使用公式1计算吸光度来进行。
如本文所用,术语“最小吸光度”是指某一波长范围内的最低吸光度值。
术语“平均吸光度”是指样品在某一波长范围内的吸光度测量值的算术平均值。例如,可在8微米至13微米范围内对该范围内的吸光度测量值进行平均。
如本文所用,术语“聚合物”和“聚合物材料”包括但不限于有机均聚物,共聚物,诸如嵌段、接枝、无规和间规共聚物、三聚物等,以及它们的共混物和改性物。此外,除非另外明确限制,否则术语“聚合物”应包括材料的所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间同立构和无规立构对称。聚合物还包括合成和天然有机聚合物(例如纤维素多糖及其衍生物)。
如本文所用,术语“含氟聚合物”是指具有氟的任何聚合物。在一些实施方案中,含氟聚合物可被描述为氟塑料,或更具体地讲,含氟热塑性塑料(例如,以商品名“3M DYNEONTHV”购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的含氟热塑性塑料)。
如本文所用,术语“微孔的”是指具有50纳米至10,000纳米的平均孔径的内部孔隙率(连续的或不连续的)。
如本文所用,术语“微空隙的”是指具有50纳米至10,000纳米平均空隙直径的内部离散空隙。
如本文所用,术语“包括”及其变型当这些术语出现在具体实施方式和权利要求中时不具有限制意思。此类术语将理解为暗示包括所陈述的步骤或要素或者步骤或要素的组,但不排除任何其他步骤或要素或者步骤或要素的组。所谓“由......组成”是指包括并且限于短语“由......组成”随后的内容。因此,短语“由......组成”指示列出的要素为所需的或强制性的,并且不可存在其他要素。“基本上由......组成”是指包括在该短语之后所列出的任何要素,并且限于不妨碍或有助于本公开中对所列要素规定的活性或作用的其他要素。因此,短语“基本上由......组成”指示所列要素为所需的或强制性的,但其他要素为任选的并且可存在或可不存在,取决于它们是否实质上影响所列要素的活性或作用。在本说明书中以开放式语言(例如,包括及其派生词)叙述的任何元件或元件组合被认为是另外以封闭式语言(例如,由......组成及其派生词)和部分封闭式语言(例如,基本上由......组成及其派生词)叙述。
在本申请中,术语诸如“一个”、“一种”和“所述”并非仅旨在指单一实体,而是包括一般类别,其具体示例可用于例示。术语“一个”、“一种”、“该”和“所述”可与术语“至少一个(种)”互换使用。后接列表的短语“......中的至少一个(种)”和“包含......中的至少一个(种)”是指列表中项目中的任一项以及列表中两项或更多项的任何组合。
如本文所用,术语“或”一般按其通常的意义使用,包括“和/或”,除非该上下文另外清楚地指出。术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部,或者所列要素中的任何两个或更多个的组合。
如本文所用,所有数值假定通过术语“约”修饰,并且在某些实施方案中优选地通过术语“精确地”修饰。如本文所用,关于所测量的量,术语“约”是指所测量的量方面的偏差,这个偏差为如一定程度地小心进行测量的技术人员应当能预期的那种与测量的目标和所用测量设备的精确度相称的偏差。在本文中,“至少”、“最多”和“至多”某数值(例如,至多50)包括该数值(例如,50)。
如本文所用,通过端点表述的数值范围包括该范围内包括的所有数值以及端值(例如,1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
术语“在范围中”、“在......范围内”和“在范围内”(以及类似的表述)包括所述范围的端值。
本文所公开的替代要素或实施方案的分组不应理解为限制性的。每个组成员可以单独引用和受权利要求书保护或者与组中的其他成员或其中发现的其他要素以任何组合方式引用和受权利要求书保护。可以预料的是,组中的至少一个成员可能因便利性和/或专利性的原因而包括在组中或从组中删除。发生任何此类包含或删除时,说明书在本文中被视为含有修改的组,从而满足对所附权利要求书中使用的所有马库什组的书面说明。
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“实施方案”、“某些实施方案”或“一些实施方案”等的引用,意指结合实施方案描述的具体特征、构型、组成或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此,贯穿本说明书在各处出现的此类短语不一定是指本发明中的相同实施方案。此外,具体特征、构型、组合物或特性可在至少一个实施方案中以任何合适的方式进行组合。
本公开的以上发明内容并不旨在描述本发明的每个公开实施方案或每种实施方式。以下描述更具体地举例说明了例示性实施方案。在本申请通篇的若干处,通过示例列表提供了指导,这些示例可以各种组合使用。在每种情况下,所引用的列表都只用作代表性的组,并且不应被理解为排他性列表。因此,本公开的范围不应限于本文所述的特定说明性结构,而应至少扩展至由权利要求书的语言所描述的结构以及这些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何要素可根据需要以任何组合明确地包括于权利要求书中或从权利要求书排除。虽然本文可能已经讨论了各种理论和可能的机理,但在任何情况下都不应将此类讨论用于限制可受权利要求书保护的主题。
附图说明
图1是根据本公开的无源冷却设备的一个示例性应用的示意图,该无源冷却设备也可以被描述为无源冷却系统的一部分。
图2是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的无源冷却制品的一个示例的示意性横截面图示。
图3是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的无源冷却制品的另一个示例的示意性横截面图示。
图4是描述为在ASTM G173-03(2012)中存在的地面参考光谱的太阳能(或太阳光)的能谱、大气窗区中的能量透射%光谱以及可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的无源冷却制品的高发射率元件的吸收的一个示例的曲线图。
图5是包括可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的多层光学膜的高发射率元件的一个示例的示意图。
图6是具有可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的多个结构的表面的一个示例的示意性自顶向下图示。
图7-图10是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的表面结构的各种示例的示意图。
图11A、图11B和图11C是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的抗污表面结构的一个示例的示意性透视和横截面图示。
图12是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的抗污表面的另一个示例的示意性横截面图示。
图13是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的抗污表面的又一个示例的示意性横截面图示。
图14A-图14B是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的表面结构的各种示例的示意性横截面图示。
图15是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的另外抗污表面的一个示例的示意性透视图示。
图16是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的再一个抗污表面的示意性自顶向下图。
图17和图18是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的又一个抗污表面的示意性透视图示。
图19-图22是可与图1的无源冷却设备或系统一起使用的无源冷却制品的各种具体示例的示意性横截面图示。
具体实施方式
本公开提供了使用多表面无源冷却制品的无源冷却。特别地,本公开涉及无源冷却制品,该无源冷却制品具有至少部分地限定第一元件表面的高发射率元件以及至少部分地限定面向与第一表面不同方向的第二元件表面的低发射率元件,其中高发射率元件和低发射率元件形成主结构的表面。在一些应用中,主结构适用于基底(诸如建筑物或车辆)的竖直表面,其中高发射率元件面向天空或朝向天空向上取向,而低发射率元件面向地面或朝向地面向下取向,或至少被高发射率元件“遮蔽”。该结构可被描述为“冷壁”表面材料。高发射率元件可形成高发射率太阳能镜。低发射率元件可形成具有任选的视觉图形的低发射率红外(IR)镜。元件表面可包括宏观结构、微结构或甚至纳米结构以促进各种特性。
无源冷却制品可包括一层或多层材料,以在太阳区域中提供反射率并且在大气窗区中提供吸收,特别是高发射率元件。通过反射本来会被物体吸收的太阳光,太阳区域中的反射可对在白天经受太阳光时促进冷却特别有效。通过辐射或发射红外光,大气窗区中的吸收可对在夜间促进冷却特别有效。能量也可在一天内在某种程度上被辐射或发射。一般来讲,高发射率元件可被配置为吸收0.4微米至2.5微米的最小太阳能并且辐射8微米至13微米的最大能量(例如,通过使吸光度以及因此发射率最大化),特别是当将基底冷却到低于空气温度的温度时。在一些实施方案中,当将基底冷却到高于或等于空气温度的温度时,高发射率元件可被配置为吸收0.4微米至2.5微米的最小太阳能并辐射4微米至20微米的最大能量。
在一些实施方案中,无源冷却制品可被描述为或包括复合冷却膜,并且表现出相对宽带的吸收(以及因此发射)。使用表现出宽带发射的冷却膜可以有利地增强冷却膜无源地冷却实体的能力,该实体在正常操作中通常处于高于(在一些实施方案中,显著高于)周围环境的环境温度的温度下。此类实体可包括例如冷却、制冷或热泵系统的排热单元(诸如热交换器、冷凝器或压缩机以及任何相关联的项目)。这样的排热实体可以是例如住宅冷却或暖通空调(HVAC)系统或者商业或大型冷却或HVAC系统的外部(或户外)单元。在一些情况下,这样的排热实体可以是商业制冷或冷冻系统的外部单元。在一些实施方案中,这样的实体可以是大型冷藏船运集装箱(诸如卡车拖车、轨道车或联运集装箱)的冷却单元的外部部件。(此类大型冷藏船运集装箱等在行业中可称为“冷藏船”)。在一些实施方案中,这样的实体可以是高压变压器,或高功率广播天线(诸如在用于5G无线通信的质量元件或波束形成系统中使用)。
可将无源冷却制品施加到基底或物体,以反射电磁光谱的太阳区域中的光并辐射电磁光谱的大气窗区中的光,这两者均可冷却基底,特别是使用朝向天空成角度的高发射率元件。无源冷却制品的低发射率元件可朝向地面成角度,与朝向天空成角度的高发射率部分相比,该低发射率元件可能较少地暴露于太阳能,可反射光或提供视觉图形。在一些实施方案中,无源冷却制品可被描述为“冷壁”表面材料,其具有高发射率太阳能镜,该高发射率太阳能镜在施加到表面时通常朝向天空面向上成角度;以及低发射率镜或图形(诸如商业图形),该低发射率镜或图形在施加到表面时通常朝向地面面向下成角度。镜可具有镜面反射率或漫反射率。高发射率太阳能镜和低发射率镜的表面可以相对于彼此形成角度,并且被描述为相反的镜表面。相反的镜表面可附加地被纹理化,例如,以提供减阻或抗污特性。
显著量的能量可被暴露于太阳光的物体吸收。有利的是,本公开提供了可在白天和夜间以无源方式解决冷却需求的无源冷却制品。例如,无源冷却制品可用于冷却建筑物或运输车辆的壁,包括半卡车拖车的侧面。无源冷却可减少维持合适温度所需的总能量,这可显著降低操作成本并减少温室气体排放,尤其是在化石燃料可用于提供空气调节或制冷的车辆应用中。此外,无源冷却可减少对水的总需求,例如,在蒸发水以进行冷却的冷却塔和喷雾池中,这在水资源不丰富的区域可能是特别有益的。
尽管本文提及了某些应用,诸如建筑物和车辆,但无源冷却制品可用于任何户外环境中以冷却结构,特别是在暴露于太阳光的结构的大致竖直表面上。无源冷却制品的应用的非限制性示例包括商业建筑空气调节、商业制冷(例如,超市冷藏机)、数据中心冷却、热传递流体系统、发电机冷却、车辆空调或制冷(例如,汽车、卡车、火车、公共汽车、轮船、飞机等)、电力变压器或通信天线。特别地,无源冷却制品可被施加到冷藏半卡车拖车或公共汽车的大致竖直的侧面,这可促进冷却。特别地,无源冷却制品冷却流体(其可以是液体或气体),该流体然后用于经由热交换器从冷却系统(诸如制冷或空调)去除热量。受益于本公开的各种其他应用对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。
现在将参考附图,其示出本公开中描述的至少一个特征。然而,应当理解,附图中未示出的其他特征落在本公开的范围内。图中所用类似标号均指代类似的组件、步骤等等。然而,应当理解,使用参考字符指代给定图中的元件并不旨在限制用相同参考字符标记的另一个图中的元件。另外,在不同的图中使用不同附图标记指代元件并非旨在表明不同标号的元件不可为相同或类似的。
图1是无源冷却设备100的一个示例性应用的示意图,该无源冷却设备在一些情况下也可被描述为无源冷却系统的一部分。无源冷却设备100可包括无源冷却制品102,该无源冷却制品耦接到基底104的表面,该基底被示出为固定建筑物。一般来讲,制品102可设置或施加到基底104的外表面,特别是暴露于来自太阳的光116的外表面(例如,外壁或侧表面)。在一些实施方案中,制品102可热耦接到基底104,这可允许其间的热传递。制品102可适用于户外环境,并且具有例如合适的操作温度范围、耐水性、耐脏性和紫外(UV)稳定性。
制品102可用于覆盖基底104的一部分或全部。制品102在形状上可为大致平面的。然而,制品102不需要为平面的,并且可为柔性的以适形于基底104。
制品102可反射电磁光谱的太阳区域中的光116以冷却基底104,这在日间环境中可特别有效。在没有制品102的情况下,光116可能已经以其他方式被基底104吸收并被转换成热量。反射光116可通过天空106被引导到大气中。
制品102可将电磁光谱的大气窗区中的光通过天空106辐射到大气中以冷却基底104,这在夜间环境中可特别有效。制品102可允许热量转换成能够通过大气窗区部分地透射通过天空106的光116(例如,红外光)。光116的辐射可为制品102的不需要附加能量的特性,并且可被描述为无源辐射,当热耦接到制品102时,该无源辐射可冷却制品和基底104。在白天,反射特性允许制品102发射比吸收的能量更多的能量。通过辐射特性与反射特性相结合以在白天反射太阳光,制品102可提供比仅辐射能量穿过大气层并进入太空的制品更多的冷却。
在其他参数中,冷却的量和降温的量可取决于制品102的反射特性和吸收特性。可参考靠近或邻近基底的环境空气的第一温度和基底104的靠近或邻近制品102的部分的第二温度来描述制品102的冷却效果。在一些实施方案中,第一温度比第二温度高至少2.7摄氏度(在一些实施方案中,至少5.5摄氏度、8.3摄氏度、或甚至至少11.1摄氏度)(例如,至少5华氏度、10华氏度、15华氏度、或甚至至少20华氏度)。
如所示实施方案中所示,制品102可被施加到基底104的大致竖直表面上。外主表面114可由制品102限定,与更靠近基底104定位的内主表面(未示出)相反。在一些实施方案中,制品102的内主表面可耦接到基底104。例如,制品102的内主表面可粘结或粘附到基底104。
制品102可限定第一端部区域110和第二端部区域112。第一端部区域110和第二端部区域112可以在制品102的相反端部上靠近或邻近。在一些实施方案中,制品102在被施加时可被取向成使得第一端部区域110比第二端部区域112更靠近天空106,并且第二端部区域112比第一端部区域110更靠近地面108(或地面表面)。
一般来讲,制品102可被取向成使得从天空106入射在外主表面114上的太阳区域中的能量通常被反射,并且使得大气窗区中的能量朝向天空106发射。制品102还可被取向成使得大气窗区中的能量不从地面108的方向被吸收(例如,从地面或地面上的对象发射的能量辐射中红外波长的热量)。在一些实施方案中,制品102还可用于显示从地面108可见的视觉图形。
图2是可用作无源冷却设备102(图1)的无源冷却制品120的一个示例的示意性横截面图示。制品120可耦接到基底104的外表面。所示视图示出了制品120沿着与基底104的至少一部分的外表面正交的平面的横截面。
如图所示,制品120包括限定第一元件外表面126的多个第一元件122和限定第二元件外表面128的多个第二元件124。每个第一元件122可限定一个第一元件外表面126。每个第二元件124可限定一个第二元件外表面128。
一般来讲,每个第一元件122可设置成靠近或邻近第二元件124中的一者,反之亦然。多个第一元件122和多个第二元件124可散置以形成主结构(其通常可形成为具有不平坦主表面的片材)的第一主表面130。第一主表面130(可用作图1的外主表面114)包括第一元件外表面126和第二元件外表面128。第一主表面130可由第一元件122和第二元件124连续地形成。第二主表面132(可用作图1的制品102的内主表面)可被限定为与第一主表面130相反。特别地,第二主表面132可以在制品120的与第一主表面130相反的一侧上。
制品120可包括可耦接到基底104的背衬层160。背衬层160可被限定为耦接到至少部分地(或完全地)由多个第一元件122和第二元件124形成的第二主表面132,或者可以被限定为至少部分地(或完全地)形成第二主表面132。
制品120可限定第一端部区域134和第二端部区域136。第一元件外表面126可面向朝向第一端部区域134的第一方向。第二元件表面可面向朝向第二端部区域136的第二方向。当被施加到基底104时,制品120可被取向成使得第一端部区域134更靠近天空106(图1)并且第二端部区域136更靠近地面108(图1)。第一元件外表面126可被描述为面向天空的表面。第二元件外表面128可以被描述为面向地面的表面。
多个第一元件122和多个第二元件124可以以任何合适的形状形成,以提供处于适当取向的第一元件外表面126和第二元件外表面128。例如,相对于图6-图18描述的任何形状可以用于形成元件122、124中的一者或多者的形状。
在一些实施方案中,元件122、124中的至少一些(或全部)形成为连续表面结构。如本文所用,术语“连续表面结构”是指在至少一个方向(诸如竖直方向或水平方向)上完全延伸跨过第一主表面130的表面结构。在一个或多个实施方案中,元件122、124中的至少一些(或全部)形成为或布置为细长元件的交替行。在一个示例中,每个元件122、124可例如沿着与竖直方向正交的水平方向从制品120的第一侧水平地延伸到制品120的与第一侧相反的第二侧,该竖直方向被定义为与第一端部区域134与第二端部区域136之间的方向对齐。多个元件122、124可例如以线性阵列竖直地散置。可以使用任何合适的形状来将元件122、124形成为细长元件的交替行,例如类似于图11A-图15所示的那些。特别地,第一元件122可用于形成图11A-图15所示的每个结构的一部分(例如,更靠近第一端部区域134的部分),并且第二元件124可用于形成每个结构的另一部分(例如,更靠近第二端部区域136的部分)。
在一些实施方案(诸如所示实施方案)中,制品120可被描述为由多个平行脊分开的多个第一元件122和多个第二元件124。在一些实施方案中,制品120可被描述为具有多个平行脊,每个脊具有相反的第一脊面和第二脊面,分别对应于第一元件122和第二元件124。
在一些实施方案中,元件122、124中的至少一些(或全部)形成为离散表面结构。如本文所用,术语“离散表面结构”是指在竖直方向或水平方向上不完全延伸跨过第一主表面130的表面结构。在一些实施方案中,元件122、124可竖直地和水平地散置(例如,在二维阵列中)。可以使用任何合适的形状将元件122、124形成为离散表面结构,例如,类似于图6-图10和图16-图18中所示的形状。在一些实施方案中,离散表面结构可具有任何合适的三维形状,诸如半球、半卵形、半长球、半扁球或棱锥状形状。在一些实施方案中,离散表面结构限定表面126、128(例如,当垂直于第一主表面130观察时),其形状为矩形、正方形、圆形、椭圆形、三角形或其他合适的几何形状。
一般来讲,一个或多个元件122、124的横截面轮廓可以具有横截面轮廓形状(例如,在水平方向或平行于主表面130、132的方向上观察),例如,大致像或类似于四分之一圆形、四分之一椭圆形、三角形、正方形、矩形、它们的倍数或组合,或提供第一主表面130的另一个合适的几何形状。元件122、124的横截面可以相同或相似。在一个示例中,一个第一元件122和一个相邻的第二元件124的横截面可以各自大致形成为一个或多个矩形形状(参见图2),这些矩形形状以一定角度相交以形成第一主表面130。在另一个示例中,一个第一元件122和一个相邻的第二元件124的横截面可以各自大致形成为四分之一圆形(参见图3),其可相交以形成半圆形。元件122、124的横截面也可以不同。在另外的示例中,一个第一元件122的横截面可形成为直角三角形,并且一个相邻第二元件124的横截面可形成为四分之一圆形,它们一起可形成具有一个弯曲侧的三角状形状。
在一些实施方案中,第一元件外表面126或第二元件外表面128中的至少一些限定大致平面表面(参见图2)。在一些实施方案中,第一元件外表面126或第二元件外表面128中的至少一些限定弯曲表面(参见图3)。
在一些实施方案中,如图所示,例如在至少一个横截面视图中,支撑层138可限定具有与第一主表面130相同轮廓的表面轮廓(例如,面向元件122、124的表面)。在一些实施方案中,多个第一元件122或第二元件124中的至少一些限定施加到支撑层138的轮廓表面的大致平面元件外表面126、128,该支撑层至少部分地(或完全地)限定元件外表面126、128之间的角度。
可使用一个或多个角度来限定第一元件外表面126和第二元件外表面128相对于彼此的相对取向。在一些实施方案中,可使用法向矢量来促进限定此类角度。法向矢量可被限定为法向(或正交或垂直)于特定表面。如本文所用,术语“法线”在涉及矢量时是指垂直于特定表面的至少一部分或垂直于特定表面的平均切线。
在一些实施方案中,垂直于第一元件外表面126来限定第一矢量148。可垂直于第二元件表面128来限定第二矢量150。第一矢量148中的至少一者和第二矢量150中的至少一者可在它们之间限定元件间角度152。在一些实施方案中,元件间角度152大于或等于15度且小于或等于165度(在一些实施方案中,大于或等于45度、60度、90度或甚至120度或者小于或等于135度、120度、90度或甚至60度)。
第一元件外表面126的第一矢量148也可以相对于主表面矢量154来定义。在一些实施方案中,可垂直于制品120的第二主表面132来限定主表面矢量154。第一矢量148和主表面矢量154中的至少一者可在它们之间限定第一元件角度156。在一些实施方案中,第一元件角度156大于或等于15度(或者大于或等于45度、60度或甚至75度)且小于或等于75度(或者小于或等于65度或甚至50度)。
第二元件外表面128的第二矢量150也可以相对于主表面矢量154来定义。第二矢量150和主表面矢量154中的至少一者可在它们之间限定第一元件角度158。在一些实施方案中,第二元件角度158大于或等于15度(或者大于或等于30度或甚至45度)且小于或等于75度(或者小于或等于45度或甚至30度)。
制品120可用于各种应用中。一般来讲,第一元件外表面126可朝向天空106成角度,使得第一元件外表面126通常从地面看不见,特别是当从远处观察制品120时或当制品120充分地升高到地面108上方时。在一些实施方案中,制品120的第一主表面130的至少一部分可用于在基底104的大致竖直表面上显示视觉图形(诸如商业图形)。特别地,第二元件外表面128可以一起限定视觉图形,其可以包括文本或图像。在第二元件外表面128中的至少一些上显示的视觉图形可朝向地面108成角度,以便从地面适当地观察。在其他实施方案中,制品120的第一主表面130中的至少一些可用于提供面向地面108的镜(漫射或镜面)。镜可由朝向地面108倾斜的第二元件外表面128中的至少一些形成。镜可减少从地面108或通常在制品120下面的其他对象发射或由其反射的能量的吸收。这样的能量可包括中红外区域中的能量或至少大气窗区中的能量。
可以根据具体应用来选择或优化角度152、156、158中的一者或多者。在一个示例中,当制品120用于显示对地面108可见的视觉图形时,第二元件角度158可被选择为小于第一元件角度156。第一元件角度156可大于或等于45度且小于或等于90度。第二元件角度158可大于或等于10度且小于或等于45度。在另一个示例中,当制品120用于提供朝向地面108的镜时,第一元件角度156和第二元件角度158可大致相等。第一元件角度156和第二元件角度158可以在彼此的20度(或15度、10度或甚至5度)内。
根据具体的应用,可以使用制品120的任何合适的尺寸。例如,制品120可沿第一主表面130和第二主表面132之间的主表面矢量154限定厚度162。如本文所用,厚度162被定义为第一主表面130和第二主表面132之间的最大厚度。在一些实施方案中,厚度162可以大于或等于1微米或者小于或等于100厘米。
此外,多个第一元件122和多个第二元件124的相对大小可根据具体应用来选择或优化。在一个示例中,当制品120用于显示视觉图形时,第一元件外表面126的总表面积可小于第二元件外表面128的总表面积(在一些实施方案中,小于或等于第二元件外表面128的总面积的80%、70%、60%、50%、40%、30%或甚至20%)。在另一个示例中,当制品120用于提供朝向地面108的镜时,第一元件外表面126的总表面积可大致等于第二元件外表面128的总表面积。例如,第一元件外表面126的总表面积可等于第二元件外表面128的总表面积的80%至120%(在一些实施方案中,90%至110%、95%至105%、或甚至99%至101%)。
一般来讲,多个第一元件122可被描述为高发射率元件,其具有大气窗区中的高吸光度。如本文所用,术语“高吸光度”是指大于或等于0.6(在一些实施方案中,大于或等于0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或甚至5)的吸光度。在一些实施方案中,多个第一元件122可进一步限定近红外区中的低吸光度和中红外区(例如4微米至20微米)中的高吸光度。
另外,一般来讲,多个第二元件124可被描述为低发射率元件,其具有大气窗区中的低吸光度。多个第二元件124可限定低吸光度,特别是在大气窗区中。如本文所用,术语“低吸光度”是指小于或等于0.5(在一些实施方案中,小于或等于0.4、0.3、0.2或甚至0.1)的吸光度。
多个第一元件122还可以限定高平均反射率,特别是在太阳区域中。多个第二元件124还可以限定高平均反射率,特别是在太阳区域中。如本文所用,术语“高反射率”是指大于或等于60%(在一些实施方案中,大于或等于70%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或甚至99.5%)的反射率。因此,术语“高平均反射率”是指跨越特定波长带的平均反射率大于或等于60%(在一些实施方案中,大于或等于70%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或甚至99.5%)。
元件122、124的一个或多个部分可有助于相应元件的吸光度或反射率特性。在一些实施方案中,制品120包括支撑层138,该支撑层包括第一支撑层140和第二支撑层142。第一支撑层140和第二支撑层142可被限定为支撑层138的不同部分。支撑层138可形成为整体件或材料或者多件分离的材料件。每个支撑层138、140、142可包括一个或多个层。
多个第一元件122中的至少一些可被限定为包括第一支撑层140。多个第一元件122中的至少一些可被限定为包括第一外层144以至少部分地(或完全地)覆盖对应的第一支撑层140。第一外层144可至少部分地(或完全地)限定第一元件外表面126。多个第二元件124中的至少一些可被限定为包括第二支撑层142。多个第二元件124中的至少一些可被限定为包括第二外层146以至少部分地(或完全地)覆盖对应的第二支撑层142。第二外层146可至少部分地(或完全地)限定第二元件外表面128。每个外层144、146可包括一个或多个层。
在一些实施方案中,每个第一元件122被限定为包括一个第一支撑层140和一个对应的第一外层144。在一些实施方案中,每个第二元件124被限定为包括一个第二支撑层142和一个对应的第二外层146。
在一些实施方案中,第一外层144至少部分地(或完全地)限定第一元件122的大气窗区中的高吸光度和太阳区域中的高平均反射率。在一些实施方案中,第二外层146至少部分地(或完全地)限定第二元件122的大气窗区中的低吸光度和太阳区域中的高平均反射率。对应支撑层140、142可对相应元件122、124的吸光度或反射率有贡献或没有贡献。在一些实施方案中,对应支撑层140、142可至少部分地(或完全地)限定元件122、124的吸光度(例如,当对应外层144、146透射大气窗区中的至少一些能量时)。
在一些实施方案中,第一支撑层140或第二支撑层142中的至少一些限定反射器,该反射器至少部分地(或完全地)限定元件122、124的反射率特性。当两个支撑层140、142限定反射器时,支撑层138可被描述为反射器层。反射器可以是漫射的或镜面的。当支撑层138由整件材料形成时,多个第一元件122和多个第二元件124可限定相同的平均反射率。可以例如通过弯曲或热成形来形成整件材料,以便为面向与第二元件外表面128不同的方向的第一元件外表面126提供支撑。
一般来讲,支撑层140、142可至少部分地(或完全地)限定第一元件122和第二元件124在太阳区域中的相应高平均反射率。在一些实施方案中,第一支撑层140至少部分地(或完全地)限定太阳区域中的高平均反射率,其可被描述为第一反射器,并且第一外层144至少部分地(或完全地)限定大气窗区中的高吸光度。在一些实施方案中,第二支撑层142至少部分地(或完全地)限定太阳区域中的高平均反射率,并且可被描述为第二反射器,并且第二外层146至少部分地(或完全地)限定大气窗区中的低吸光度。
可以使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)形成至少一些(或全部)第一元件122。可用于形成第一元件122的材料和结构的非限制性示例包括:致密含氟聚合物层,微孔(或微空隙)含氟聚合物层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的致密聚酯层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的微孔(或微空隙)聚酯层,至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的高平均反射率的多层光学膜,以及至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的高平均反射率的金属层。
在一些实施方案中,多个第一元件122中的至少一些(或全部)可包括至少部分地(或完全地)限定太阳能区域中的高平均反射率的无机颗粒。特别地,无机颗粒可以是或包括白色无机颗粒。
本文进一步描述了各种类型的无机颗粒,含氟聚合物,微孔(或微空隙)聚合物层,多层光学膜(诸如太阳能镜膜)和金属层。特别地,图5中示出了多层光学膜的至少一个示例。
可以使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)形成至少一些(或全部)第二元件124。可用于形成第二元件124的材料和结构的非限制性示例包括:致密聚乙烯层,致密聚乙烯共聚物层,微孔(或微空隙)聚乙烯层,微孔(或微空隙)聚乙烯共聚物层,限定小于或等于10微米的厚度的含氟聚合物层,包含金属的涂层,至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的低吸光度的红外镜膜,至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的低吸光度的图形层,至少部分地(或完全地)被红外镜膜覆盖的图形层,该红外镜膜至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的低吸光度,以及至少部分地(或完全地)限定在太阳波长范围内的高平均反射率的金属层。
本文进一步描述各种类型的聚乙烯共聚物,包括金属的涂层,红外镜膜(诸如低发射率红外镜膜)和图形层。
可使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)形成多个第一元件122的至少一些(或全部)第一外层144。可用于形成第一外层144的材料和结构的非限制性示例包括:致密含氟聚合物层,微孔(或微空隙)含氟聚合物层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的致密聚酯层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的微孔(或微空隙)聚酯层,以及至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的高平均反射率的多层光学膜。
可以使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)形成至少一些(或全部)第二外层146。可用于形成第二外层146的材料和结构的非限制性示例包括:致密聚乙烯层,致密聚乙烯共聚物层,微孔(或微空隙)聚乙烯层,微孔(或微空隙)聚乙烯共聚物层,限定小于或等于10微米的厚度的含氟聚合物层,包含金属的涂层,至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的低吸光度的红外镜膜,以及至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的低吸光度的图形层,至少部分地(或完全地)被红外镜膜覆盖的图形层,该红外镜膜至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的低吸光度。
可使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)形成支撑层138、第一支撑层140或第二支撑层142中的至少一些(或全部)。可用于形成支撑层138、第一支撑层140或第二支撑层142的材料和结构的非限制性示例包括:金属层和聚合物层。可用于形成聚合物层的材料和结构的非限制性示例包括:致密聚合物层,可至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的高平均反射率的微孔(或微空隙)聚合物层,至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的高平均反射率的多层光学膜,以及图形层。
可以使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)限定多个第一元件122在大气窗区中的高吸光度。可用于至少部分地(或完全地)限定大气窗区中的高吸光度的材料和结构的非限制性示例包括:致密含氟聚合物层,微孔(或微空隙)含氟聚合物层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的致密聚酯层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的微孔(或微空隙)聚酯层,以及多层光学膜。
在一些实施方案中,第一元件122中的至少一些(或全部)可包括各种结构,其可有助于大气窗区中的高吸光度。在一些实施方案中,无机颗粒可作为表面或嵌入结构提供在多个第一元件122的材料之上或之中,诸如嵌入在任何聚合物层(诸如致密聚合物层,微孔(或微空隙)聚合物层,或多层光学膜)中,以有助于大气窗区中的高吸光度。在一些实施方案中,无机颗粒可以是或包括白色无机颗粒,其可至少部分地(或完全地)限定太阳区域中的高平均反射率。可使用受益于本公开的本领域技术人员已知的任何合适的白色无机颗粒。
无机颗粒可包括硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、氧化铝、硅酸铝、氧化锆、氧化锌或二氧化钛。无机颗粒可为纳米颗粒的形式,诸如纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锆或甚至纳米级氧化锌颗粒。该无机粒子可为小珠或微珠形式。无机颗粒可以由陶瓷材料、玻璃(诸如呈玻璃珠或玻璃泡的形式)或它们的各种组合形成。在一些实施方案中,无机颗粒具有大于或等于0.1微米(在一些实施方案中,至少1微米、2微米、3微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米或甚至至少13微米)的有效D90粒度。在一些实施方案中,无机颗粒具有小于或等于50微米(在一些实施方案中,小于或等于45微米、40微米、35微米、30微米、25微米、20微米、15微米、14微米、13微米、12微米、11微米、10微米、9微米或甚至至多8微米)的有效D90粒度。
如NIST“粒度特性”(Particle Size Characterization)中所定义,ASTM E-2578-07(2012)将D90描述为其中90%的样品质量具有直径小于该值的粒子的截距。例如,10微米的D90规定90%的样品质量包括直径小于10微米的粒子。可用粒度分析仪(例如,以商品名“HORIBA PARTICLE SIZE ANALYZER”购自北卡罗来纳州利兰德的福赛气流公司(FlowSciences,Inc.,Leland,NC))测量粒径。
可用作无机颗粒陶瓷微球的陶瓷微球的非限制性示例可以商品名“3M CERAMICMICROSPHERES WHITE GRADE W-210”(碱铝硅酸盐陶瓷,有效D90粒度为12微米)、“3MCERAMIC MICROSPHERES WHITE GRADE W-410”(碱铝硅酸盐陶瓷,有效D90粒度为21微米)、“3MCERAMIC MICROSPHERES WHITE GRADE W-610”(碱铝硅酸盐陶瓷,有效D90粒度为32微米)购自3M公司(3M Company),或它们的各种组合。一般来讲,可使用相同或不同尺寸的无机粒子的各种组合。
可以使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)限定多个第二元件124在大气窗区中的低吸光度。可用于至少部分地(或完全地)限定大气窗区中的低吸光度的材料和结构的非限制性示例包括:致密聚乙烯层,致密聚乙烯共聚物层,微孔(或微空隙)聚乙烯层,微孔(或微空隙)聚乙烯共聚物层,限定小于或等于10微米的厚度的含氟聚合物层,包含金属的涂层,至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的低吸光度的红外镜膜,图形层,以及至少部分地(或完全地)被红外镜膜覆盖的图形层。
可以使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)限定多个第一元件122或第二元件124在太阳区域中的高平均反射率。可用于至少部分地(或完全地)限定太阳区域中的高平均反射率的材料和结构的非限制性示例包括:至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的高平均反射率的金属层,微孔(或微空隙)聚合物层,以及多层光学膜。在一些实施方案中,一个或多个结构还包括白色无机颗粒,诸如任何聚合物层或多层光学膜,其至少部分地(或完全地)限定太阳区域中的高平均反射率。
第一主表面130可被描述为纹理化表面。一些纹理(例如,取决于各种表面结构相对于电磁辐射波长的尺寸)可以增强由制品120整体实现的无源冷却效果。虽然将第一主表面130纹理化以包括表面结构的一个目的可以是提供辐射冷却,但是纹理化还可提供附加益处,诸如耐阻性或抗污性。各种类型的表面结构可以包括表面微结构或表面纳米结构,它们可以是离散的或连续的。
在一些实施方案中,多个第一元件122或第二元件124中的至少一些可以限定各种抗阻表面结构以提供耐阻性的减小。在一些实施方案中,制品120可可施加到车辆的表面。例如当车辆移动通过空气时,纹理化可实现减阻。表面微结构或纳米结构的存在可导致表面与车辆移动通过的空气之间的摩擦系数降低,这可导致成本或燃料节约。可以使用任何合适的形状来形成抗阻表面结构,例如,类似于图6-图10和图16-图18中所示的形状。
在一些实施方案中,多个第一元件122或第二元件124中的至少一些可限定各种抗污表面结构,这些抗污表面结构可有助于耐脏和抗污特性。在一些实施方案中,抗污表面结构可以限定在第一外表面126或第二外表面128中的至少一些之中或之上,以有助于耐脏和抗污特性。特别地,在一些实施方案中,至少第一外表面126(其比第二外表面128更易受污垢和污物的影响)可包括抗污表面结构。图11A-图18中示出了针对耐脏和抗污特性,抗污表面结构的非限制性示例。
任何合适的含氟聚合物材料可用于制品120中。可使用的含氟聚合物的非限制性示例包括:四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)和偏二氟乙烯的聚合物(例如,以商品名“3MDYNEON THV”购自3M公司);TFE、HFP、偏二氟乙烯和全氟丙基乙烯基醚(PPVE)的聚合物(例如,以商品名“3M DYNEON THVP”购自3M公司);聚偏二氟乙烯(PVDF)(例如,购自3M公司的“3M DYNEON PVDF 6008”);乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)聚合物(例如,以商品名“HALAR 350LCECTFE”购自比利时布鲁塞尔的索尔维集团(Solvay,Brussels,Belgium));乙烯-四氟乙烯(ETFE)(例如,以商品名“3M DYNEON ETFE 6235”购自3M公司);全氟烷氧基烷烃(PFA)聚合物;氟化乙烯丙烯(FEP)聚合物;聚四氟乙烯(PTFE);TFE、HFP和乙烯的聚合物(例如,以商品名“3MDYNEON HTE1705”购自3M公司);或它们的各种组合。一般来讲,可使用含氟聚合物的各种组合。在一些实施方案中,含氟聚合物包括FEP。在一些实施方案中,含氟聚合物包括PFA。
含氟聚合物的示例包括以下述商品名购自例如3M公司(3M Company)的那些:“3MDYNEON THV221GZ”(39摩尔%的四氟乙烯、11摩尔%的六氟丙烯和50摩尔%的偏二氟乙烯)、“3M DYNEON THV2030GZ”(46.5摩尔%的四氟乙烯、16.5摩尔%的六氟丙烯、35.5摩尔%的偏二氟乙烯和1.5摩尔%的全氟丙基乙烯基醚)、“3M DYNEON THV610GZ”(61摩尔%的四氟乙烯、10.5摩尔%的六氟丙烯和28.5摩尔%的偏二氟乙烯)和“3M DYNEONTHV815GZ”(72.5摩尔%的四氟乙烯、7摩尔%的六氟丙烯、19摩尔%的偏二氟乙烯和1.5摩尔%的全氟丙基乙烯基醚)。含氟聚合物的示例还包括例如以商品名“3M DYNEON PVDF6008”和“3M DYNEON PVDF 11010”购自3M公司(3M Company)的PVDF;例如以商品名“3MDYNEON FLUOROPLASTIC FEP 6303Z”购自3M公司(3M Company)的FEP;以及例如以商品名“HALAR 350LC ECTFE”购自索尔维集团(Solvay)的ECTFE。
可以使用任何合适的微孔(或微空隙)聚合物层(或膜)。一般来讲,微孔层可包括互连空隙或离散空隙的网络,这些空隙可为球形、扁圆形或一些其他形状。微孔层可反射太阳光谱的可见和红外辐射的至少一部分,并且可在大气窗区中发射热辐射,并且可被描述为反射微孔层。反射微孔层可具有适当大小的空隙,其漫反射太阳区域中的波长(诸如0.4微米至2.5微米)。一般来讲,这意味着空隙大小应该在特定大小范围内(诸如100纳米至3000纳米)。对应于这些尺寸的空隙大小的范围可促进有效的宽带反射。
反射微孔层的反射率通常取决于聚合物膜-空隙界面的数量,因为在那些位置处发生反射(通常为漫反射)。可相应地选择反射微孔层的孔隙率和厚度。一般来讲,较高的孔隙率和较高的厚度与较高的反射率相关。在一些应用中,膜厚度可以是最小的以降低成本。反射微孔层的厚度可在10微米至500微米的范围内(或在10微米至200微米的范围内)。同样,反射微孔层的孔隙率可在10体积%至90体积%的范围内(或在20体积%至85体积%的范围内)。
可适合用作反射微孔层的微孔聚合物膜描述于例如名称为“微孔PVDF膜(Microporous PVDF Films)”的美国专利No.8,962,214(Smith 等人)、名称为“来自乙烯-三氟氯乙烯共聚物的微孔材料及其制备方法(Microporous Material from Ethylene-Chlorotrifluoroethylene Copolymer and Method for Making Same)”的美国专利No.10,240,013(Mrozinski等人),以及名称为“购自聚丙烯的微孔膜(MicroporousMembranes from Polypropylene)”的美国专利No.4,874,567(Lopatin等人)中,这些专利以引用方式并入本文。这些膜可具有至少0.05微米的平均孔径。
在某些实施方案中,反射微孔层包含至少一种热致相分离(TIPS)材料。由于具有选择层的拉伸程度的能力,因此通常可以控制TIPS材料的孔尺寸。用于制备TIPS材料的各种材料和方法在美国专利No.4,726,989(Mrozinski)、No.5,238,623(Mrozinski)、No.5,993,954(Radovanovic等人)和No.6,632,850(Hughes等人)中详细描述。
可使用的反射微孔层还可包括溶剂诱导相分离(SIPS)材料(诸如的美国专利No.4,976,859(Wechs)中所述)和通过挤出、挤出-拉伸和挤出-拉伸-提取工艺制备的其他反射微孔层。可由SIPS形成的合适的反射微孔层可包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、尼龙(即,聚酰胺)、醋酸纤维素、硝酸纤维素、再生纤维素或聚酰亚胺。可通过拉伸技术(诸如美国专利No.6,368,742(Fisher等人)中所述)形成的合适的反射微孔层可包括聚四氟乙烯(PTFE)或聚丙烯。
在一些实施方案中,反射微孔层包含热塑性聚合物,例如聚乙烯、聚丙烯、1-辛烯、苯乙烯、聚烯烃共聚物、聚酰胺、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯、聚醚砜、乙烯四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、醋酸纤维素、硝酸纤维素、再生纤维素、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯或它们的组合。
在一些实施方案中,适合用作反射微孔层的材料可包括非织造纤维层。非织造纤维层可使用熔喷或熔体纺丝工艺制备,其可包括使用:聚烯烃诸如聚丙烯和聚乙烯、聚酯(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、聚苯硫醚、聚砜、液晶聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯腈、环状聚烯烃以及它们的共聚物和共混物。在一些实施方案中,聚合物、共聚物或它们的共混物占非织造纤维层中存在的直接形成的纤维的总重量的至少35%。
非织造纤维可由热塑性半结晶性聚合物(诸如半结晶性聚酯)制成。可用的聚酯包括脂族聚酯。基于脂族聚酯纤维的非织造材料在高温应用中可特别有利于抵抗降解或收缩。
用非织造纤维制造的微孔膜的一些实施方案为包含多糖的高反射白纸。对400纳米至700纳米可见波长具有大于90%反射率的微孔多糖白纸可以商品名“IP ACCENTOPAQUE DIGITAL(100lbs)”、“IP ACCENT OPAQUE DIGITAL(100lbs)”、“HAMMERMILLPREMIUM COLOR COPY(80lbs)”和“HAMMERMILL PREMIUM COLOR COPY(1001bs)”购自田纳西州孟菲斯的国际纸业公司(International Paper,Memphis,Tennessee)。通常将二氧化钛、BaSO4和其他白色颜料加入纸材中以增加它们对可见光(400纳米-700纳米)的反射。
可用于反射微孔层的其他非织造纤维层包括使用湿法成网工艺制备的那些。适用于气流成网和湿法成网工艺的纤维包括从天然聚合物(动物或植物)和/或合成聚合物(包括热塑性聚合物和溶剂可分散的聚合物)制成的那些纤维。可用的聚合物包括羊毛;蚕丝;纤维素聚合物(例如,纤维素和纤维素衍生物);氟化聚合物(例如,聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯的共聚物(诸如,聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯))、和三氟氯乙烯的共聚物(诸如,聚(乙烯-共-三氟氯乙烯));氯化聚合物;聚烯烃(例如,聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、乙烯和/或丙烯与1-丁烯、1-己烯、1-辛烯和/或1-癸烯的共聚物(例如,聚(乙烯-共-1-丁烯)、聚(乙烯-共-1-丁烯-共-1-己烯));聚异戊二烯;聚丁二烯;聚酰胺(例如,尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12、聚(亚氨己二酰亚氨六亚甲基)、聚(亚氨己二酰亚氨十亚甲基)、或聚己内酰胺);聚酰亚胺(例如,聚(均苯四酰亚胺));聚醚;聚醚砜(例如,聚(二苯醚砜)或聚(二苯砜-共-二苯醚砜));聚砜;聚醋酸乙烯酯;醋酸乙烯酯的共聚物(例如,聚(乙烯-共-醋酸乙烯酯)、其中至少一些醋酸酯基团已经水解以提供多种聚(乙烯醇)(包括聚(乙烯-共-乙烯醇));聚磷腈;聚乙烯酯;聚乙烯醚;聚(乙烯醇);聚芳酰胺(例如,聚对-芳酰胺,诸如聚(对苯二甲酰对苯二胺)以及特拉华州威名顿市的杜邦公司(DuPont Co.,Wilmington,Delaware)以商品名KEVLAR销售的纤维,其浆液以基于制成浆液的纤维长度的多种品级商购获得,该品级诸如KEVLAR 1F306和KEVLAR 1F694,两者均包含长度至少4mm的聚芳酰胺纤维);聚碳酸酯;以及它们的组合。非织造纤维层可被压延以调节孔径。
使用反射微空隙聚合物膜作为反射微孔层可提供甚至比镀银镜更大的反射率。在一些实施方案中,反射微空隙聚合物膜具有在太阳区域中的高平均反射率。特别地,在该微空隙聚合物膜中使用含氟聚合物共混物可提供可比其他类型的多层光学膜更大的高平均反射率。可用于形成反射微空隙聚合物膜的聚合物的示例包括可购自3M公司的聚酯(或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))。改性PET共聚酯也是可用的高折射率聚合物,包括PETG,例如可以SPECTAR 14471和EASTAR GN071购自田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(EastmanChemical Company,Kingsport,Tennessee),以及PCTG,例如可以TIGLAZE ST和EB0062同样购自伊士曼化工公司(Eastman Chemical Company)。可通过拉伸来增加PET和PET改性共聚酯的分子取向,这增加了PET和CoPET的面内折射率,从而在多层光学膜中提供甚至更高的反射率。一般来讲,在拉伸之前,将不相容的聚合物添加剂或无机颗粒添加剂以至少10重量%、至少20重量%、至少30重量%、至少40重量%、或甚至至少49重量%的含量在挤出期间共混到PET主体聚合物中,以在拉伸过程中使空隙成核。适用于PET的不相容聚合物添加剂包括:含氟聚合物、聚丙烯、聚乙烯、以及其他不能很好地粘附到PET上的聚合物。类似地,如果聚丙烯为主体聚合物,则在拉伸之前,可将不相容的聚合物添加剂诸如PET或含氟聚合物以至少10重量%、至少20重量%、至少30重量%、至少40重量%、或甚至至少49重量%的含量在挤出期间添加到聚丙烯主体聚合物,以在拉伸过程中使空隙成核。
用于在微空隙聚合物膜中使空隙成核的合适无机颗粒添加剂的示例包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、硅酸铝、氧化锆、碳酸钙、硫酸钡和玻璃珠以及中空玻璃泡,但也可以使用其他无机颗粒以及无机颗粒的组合。也可使用交联聚合物微球代替无机颗粒。在拉伸之前,可将无机颗粒以至少10重量%、至少20重量%、至少30重量%、至少40重量%或甚至至少49重量%的含量在挤出期间添加到主体聚合物中,以在拉伸过程中使空隙成核。如果存在,无机颗粒可具有5纳米至1微米的体积平均粒径,但也可使用其他粒度。包括玻璃珠或玻璃泡的硬颗粒可存在于UV反射镜表层或抗污层的表面层上以提供耐刮擦性。在一些实施方案中,玻璃珠和/或玻璃泡甚至可作为半球或甚至四分之一球体从表面突出。
在一些实施方案中,微空隙聚合物膜包括含氟聚合物连续相。合适的聚合物的示例包括ECTFE、PVDF,以及四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物,诸如例如可以商品名THV购自3M公司的那些。
包含硫酸钡的微空隙PET膜的示例可作为LUMIRROR XJSA2购自罗德岛州北金斯敦的东丽塑料(美国)公司(Toray Plastics(America)Inc.,North Kingstown,RhodeIsland)。LUMIRROR XJSA2包含BaSO4无机添加剂以增加其可见光(400纳米-700纳米)的反射率。反射微空隙聚合物膜的附加示例可作为HOSTAPHAN V54B、HOSTAPHAN WDI3和HOSTAPHAN W270购自南卡罗来纳州格里尔的三菱聚合物膜公司(Mitsubishi PolymerFilm,Inc.,Greer,South Carolina)。
微空隙聚烯烃膜的一些示例在例如美国专利No.6,261,994(Bourdelais等人)中有所描述。
反射微孔层通常对例如400纳米至700纳米的包括端值在内的范围内的大多数波长的可见光辐射具有漫反射性。在一些实施方案中,反射微孔层在至少400纳米直至700纳米的波长范围内可具有至少60%(在一些实施方案中,至少70%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或甚至至少99.5%)的平均反射率。
反射微孔层的反射率在较宽的波长范围内可以是反射性的。在一些实施方案中,微孔聚合物层的反射性可具有在太阳区域,诸如0.4微米至2.5微米(或甚至0.3微米至3.0微米)的波长范围内具有至少60%(在一些实施方案中,至少70%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或甚至至少99.5%)的平均反射率。
任何合适的材料可用于至少部分地(或完全地)形成至少一些(或全部)金属层。可用于金属层中的金属的非限制性示例包括以下中的一者或多者:银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、铬镍铁合金、不锈钢或它们的各种组合。在一些实施方案中,可以形成包括100纳米厚的银层和20纳米厚的铜层的金属层,以保护银免受腐蚀。在一些实施方案中,金属层可至少部分地(或完全地)限定至少在太阳波长范围内的高平均反射率。
例如,可以使用金属弯曲机来弯曲金属层,从而以与第二部分不同的角度提供金属层的第一部分。在一些实施方案中,第一部分可用于支撑和取向多个第一元件122,并且第二部分可用于支撑和取向多个第二元件124。
附加地另可选地,金属层可被气相涂覆。在一些实施方案中,蒸汽涂覆到第一外层144和第二外层146上(例如,在与第一主表面130相反的表面上)。
任何合适的材料可用作聚乙烯共聚物,其可用于例如致密聚合物层,微孔(或微空隙)聚合物层或图形层中。聚乙烯共聚物的非限制性示例包括:例如以商品名“ENGAGE”购自德克萨斯州休斯顿的阿托菲纳石化公司(Atofina Petrochemicals,Inc.,Houston,TX)的共聚物、以商品名“TPX”购自日本大阪的三井化学公司(Mitsui Chemicals,Osaka,Japan)的共聚物、或以商品名“COC”购自肯塔基州路易斯维尔的瑞翁化学公司(Zeon Chemicals,Louisville,KY)的环烯烃共聚物。一般来讲,可使用聚乙烯共聚物的各种组合。
聚乙烯共聚物可包括乙烯和(甲基)丙烯酸烷基酯(例如,丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯)的共聚物,其可通过已知方法进行制备;例如,如美国专利3,350,372(Anspon等人)中所述。乙烯-共-丙烯酸甲酯共聚物也广泛地购自商业来源。合适的乙烯-共-丙烯酸甲酯共聚物的示例包括以商品名“ELVALOY”购自杜邦公司(DuPont)的那些,诸如“ELVALOY AC 1209”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(91∶9 重量∶重量)共聚物)、“ELVALOY1609 AC”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(91∶9 重量∶重量)共聚物)、“ELVALOY AC 1913”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(87∶13 重量∶重量)共聚物)、“ELVALOY 1218 AC”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(82∶18重量∶重量)共聚物)、“ELVALOY AC 1820”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(80∶20 重量∶重量)共聚物)、“ELVALOY AC 12024S”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(76∶24 重量∶重量)共聚物)、“ELVALOYAC 1224”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(76∶24 重量∶重量)共聚物)、“ELVALOY AC 15024S”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(76∶24 重量∶重量)共聚物)和“ELVALOY 1125 AC”(乙烯-共-丙烯酸甲酯(75∶25 重量∶重量)共聚物)。附加的合适的聚乙烯共聚物包括以商品名“ELVAX 460 EVA”共聚物树脂购自特拉华州威尔明顿的纳幕尔杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours&Company,Wilmington,DE)的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(82/18 重量∶重量),以商品名“BYNEL3120”购自纳幕尔杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours&Company)的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(92.5/7.5 重量∶重量)。
可以使用各种合适的材料来提供包含金属的涂层,例如包括在多个第二元件124中。包含金属的涂层,诸如包含金属的油漆,可至少部分地(或完全地)限定大气窗区中的低吸光度。包含金属的涂层可以是不透明的。金属可以是为涂层提供颜色的颜料,并且可有助于低发射率。包含金属的油漆的一个示例是可购自新泽西州尤英的SOLEC太阳能公司(SOLEC-Solar Energy Corporation,Ewing,NJ)的LO/MIT辐射阻挡涂层,其被配制为减少辐射热传递。
例如,在多个第二元件124中可使用任何合适类型的红外镜膜。在一些实施方案中,红外镜膜是低发射率红外镜膜。在一些实施方案中,红外镜膜可具有在至少大气窗区中以及任选地在近红外和中红外区域中的高反射率。在一些实施方案中,红外镜膜可具有在可见光区域中的低平均反射率。如本文所用,术语“低平均反射率”是指在特定波长带上小于或等于30%(或小于或等于20%或10%)的平均反射率。
低发射率膜包含包括能透射可见光的柔性载体、第一成核氧化物晶种层、第一金属层、有机间隔层、第二成核氧化物晶种层、第二金属层和聚合物型保护层。金属层和间隔层的厚度使得膜为能透射可见光并且能反射红外线。该膜具有高可见光透射度、高红外反射能量和降低的太阳能透射度。
在成核氧化物晶种层中可以采用多种氧化物。晶种层可以是相同的或不同的,并且有利地是相同的。晶种层氧化物有利地以更均一或更致密的方式促进随后涂覆的金属层的沉积,或促使更早地形成(例如,以较薄的涂覆厚度)连续的金属层。可以根据所选择的载体和相邻的金属层来选择合适的氧化物,并且通常可根据经验进行选择。代表性的晶种层氧化物包括氧化镓、氧化铟、氧化镁、氧化锌、氧化锡及其混合物(包括混合型氧化物或掺杂型氧化物)。例如,晶种层可以包含氧化锌或掺杂有铝或氧化铝的氧化锌。晶种层可以使用膜金属化领域中采用的技术形成,例如溅射(例如,平面或旋转磁控溅射);蒸镀(例如,电阻式或电子束蒸镀);化学气相沉积;金属有机化学气相沉积(CVD)(诸如金属有机CVD、或MOCVD);等离子体增强、辅助或激活CVD(诸如等离子体增强CVD或PECVD);离子溅射等等。可以(例如)便利地通过溅射晶种层氧化物直接形成晶种层,或通过在氧化气氛中溅射前体金属原位形成晶种层。溅射靶也可以包括金属(如铝、铟、锡或锌)或氧化物(如氧化铝、氧化铟、氧化铟锡、氧化锡或氧化锌),以使溅射靶具有更好的导电性。溅射靶的示例包括氧化锌∶氧化铝、氧化锌∶氧化镓、氧化锌∶氧化锡、氧化铟∶氧化锌、氧化铟∶氧化锡、氧化铟∶氧化锡∶氧化锌、铟∶锌、铟∶锡、铟∶锡∶锌、氧化铟镓锌或Zn.sub.(1-x)Mg.sub.xO:Al,MgIn.sub.2O.sub.(4-x)。其具体的示例包括99∶1和98∶2的氧化锌∶氧化铝、95∶5的氧化锌∶氧化镓、93∶7的氧化锌∶氧化镓、90∶10的氧化铟∶氧化锌、90∶10和95∶5的氧化铟∶氧化锌、从约76∶24至约57∶43的铟∶锌和90∶10的铟∶锡。晶种层可以具有相同或不同的厚度,并且优选地各充分地厚,从而随后涂覆的金属层将会均匀地吸收最少的光。晶种层可充分地薄,以便确保所得的阳光控制膜和采用该阳光控制膜的制品将具有所需程度的可见光透射率和近IR反射率或IR反射率。例如,晶种层的物理厚度(相对于光学厚度)可以为小于约20纳米(nm)、小于约10nm、小于约8nm、小于约5nm、小于约4nm或小于约3nm。晶种层的物理厚度也可以为大于0nm、至少0.5nm或至少1nm。在一个实施方案中,晶种层的物理厚度大于0并且小于约5nm。在第二实施方案中,晶种层的物理厚度大于0并且小于约4nm。在第三实施方案中,晶种层的物理厚度大于0并且小于约3nm。
在金属层中可以采用多种金属。金属层可以是相同或不同的,并且有利地是相同的。金属的示例包括银、铜、镍、铬、贵金属(例如,金、铂或钯)以及它们的合金。可对晶种层使用类似于上述技术的膜金属化领域的技术,并对非贵金属使用非氧化气氛,来形成金属层。金属层充分地厚以便具有连续性,并且充分地薄以便确保阳光控制膜或采用该阳光控制膜的制品将具有所需程度的可见光透射率以及近IR反射率或IR反射率。金属层通常将比晶种层厚。在一个实施方案中,金属层的物理厚度将为约5nm至约50nm。在另一个实施方案中,金属层的厚度为约5nm至约15nm。在第三实施方案中,金属层的厚度为约5nm至约12nm。
有机间隔层位于第一金属层和第二成核晶种层之间,并且可以由多种有机材料形成。如果需要,可使用诸如辊涂(例如,凹版辊涂)或喷涂(例如,静电喷涂)之类的常规涂覆方法来涂覆间隔层。优选地,使用例如类似于当使用交联的有机基部涂层时采用的技术来交联间隔层。交联的有机间隔层具有若干优于非交联的有机间隔层的优点。不像非交联的有机间隔层那样,交联的有机间隔层在稍微加热时既不会熔融、又不会软化,并且因此在形成或层合的过程中,在温度和压力的同时影响下,交联的有机间隔层不太可能明显地流动、变形或变薄。交联的有机间隔层为高度耐溶剂的,而非交联的有机间隔层可以被溶剂(包括存在于车用流体(例如汽油、石油、传动液和车窗清洁剂)的那些)溶解或略微软化。与由类似的聚合物加工而成的非交联的有机间隔层相比,交联的有机间隔层也可以具有理想的物理特性,例如较高的模数和硬度、较好的应变弹性恢复性能或较好的弹性。优选地,有机间隔层在第一金属层或合金层的顶上原位交联。优选地,通过涉及上述美国专利No.6,929,864、No.7,018,713和No.7,215,473(它们以引用方式并入本文)所述的闪蒸、气相沉积和单体交联的方法形成间隔层。在这类方法中,优选地使用易挥发的(甲基)丙烯酸酯,尤其优选地使用易挥发的丙烯酸酯。可通过冷却载体来改善涂布效率。尤其优选的单体包括:单独使用或结合其他多官能或单官能(甲基)丙烯酸酯使用的多官能(甲基)丙烯酸酯,例如二丙烯酸己二醇酯、乙氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸苯氧乙酯、氰乙基(单)丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、异冰片基甲基丙烯酸酯、丙烯酸十八烷基酯、异癸基丙烯酸酯、丙烯酸月桂酯、β-羧乙基丙烯酸酯、丙烯酸四氢糠基酯、二腈丙烯酸酯、五氟苯基丙烯酸酯、硝基苯基丙烯酸酯、2-丙烯酸苯氧乙酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、2,2,2-三氟甲基(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸三乙二醇酯、三亚乙基乙二醇二甲基丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸四乙二醇酯、新戊乙二醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊乙二醇二丙烯酸酯、聚乙烯乙二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸四乙二醇酯、双酚A环氧丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)-异氰脲酸三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、苯硫基乙醇丙烯酸酯、萘甲酰基丙烯酸乙酯、IRR-214环丙烯酸酯(得自UCB Chemicals)、环氧丙烯酸酯RDX80095(得自Rad-Cure Corporation)及其混合物。间隔层中可以包括多种其他固化性材料,例如丙烯酰胺、乙烯基醚、乙烯基萘、丙烯腈以及它们的混合物。间隔层的物理厚度将部分取决于其折射率,并且部分取决于所需的阳光控制膜的光学特性。优选的光学厚度为所需透射光通带中心波长的约1/4至1/2。为了在红外线阻隔干扰叠堆中使用,交联的有机间隔层的折射率可以例如为约1.3至约1.7、光学厚度为约75nm至约275nm(例如,约100nm至约150nm)以及对应的物理厚度为约50nm至约210nm(例如,约65nm至约100nm)。可以采用光学建模来选择合适的层厚度。
可以使用多种有机材料来形成聚合物型保护层。如果需要,可使用诸如辊涂(例如,凹版辊涂)或喷涂(例如,静电喷涂)之类的常规涂覆方法来涂覆保护层。优选地,使用例如类似于当使用交联的有机基部涂层时采用的技术来交联保护层。也可以单独形成保护层并使用层合来涂覆保护层。优选地,使用如上所述的闪蒸、气相沉积和单体或低聚物的交联来形成保护层。在此类保护层中使用的单体或低聚物的示例包括易挥发的(甲基)丙烯酸酯。保护层也可以包含助粘添加剂。添加剂的示例包括上述间隔层添加剂。当在例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的机械能吸收材料的片材之间层合阳光控制膜时,可以选择保护层的折射率,使由于机械能吸收材料和阳光控制膜之间折射率的任何不同引起的界面处的反射最小化。也可以对保护层进行后处理,以增强保护层对机械能吸收材料的粘附力。后处理的示例包括上述载体的预处理。在一个实施方案中,阳光控制膜的两侧均可采用等离子体后处理。
可以使用各种合适的材料和结构来至少部分地(或完全地)形成在第二元件124中使用的任何图形层中的至少一些(或全部)图形层。可用于形成图形层的材料和结构的非限制性示例包括:聚氯乙烯(PVC)层,聚乙烯共聚物层,微孔(或微空隙)聚乙烯共聚物层,以及至少部分地(或完全地)被致密聚乙烯共聚物层覆盖的微孔(或微空隙)聚乙烯。打印材料(诸如油墨或油漆)可被施加到图形层以进一步形成视觉图形。图形层可被限定为包括打印材料层和图形支撑层。
可使用任何合适的技术来形成制品120。在一些实施方案中,当支撑层138由金属形成时,可使用金属弯曲机来弯曲金属片材(诸如铝)。通常称为制动器的金属弯曲机可用于将片材金属形成为制品120的期望形状因数。金属弯曲机可从诸如Bolton Tool公司(Bolton Tool),Baileigh工业公司(Baileigh Industrial)和RAMS片材金属设备公司(RAMS Sheet metal equipment)之类的公司商购获得。
在一些实施方案中,包括聚合物的第一元件122或第二元件124可通过热成形来形成。在一些实施方案中,制品120可由可热成形的聚合物片材用通常可获得的聚合物片材热成形器来热成形。热成型机通常可从诸如Belovac工业公司(Belovac Industries)、Sencorpwhite公司(Sencorpwhite)和Formech公司(Formech Inc.)之类的公司商购获得。在一些实施方案中,可在例如热成型或金属弯曲以形成外层144、146之前将层压带或离散部分施加到支撑层138。
图3是可用作无源冷却设备102(图1)的无源冷却制品180的另一个示例的示意性横截面图示。制品180可包括相对于制品120(图2)描述的特征中的一个或多个特征,不同之处在于制品180不包括单独的支撑层。多个第一元件182和多个第二元件184可各自包括分别提供反射率以及高或低吸光度和发射率的结构或材料。特别地,多个第一元件182可提供大气窗区中的高吸光度以及太阳区域中的高反射率,并且多个第二元件184可提供大气窗区中的低吸光度以及太阳区域中的高反射率。任何合适的材料可用于形成制品180,诸如用于形成制品120的相同或类似材料。
还示出了弯曲的第一元件外表面186和第二元件外表面188,它们也可用作图2的对应第一元件外表面126或第二元件外表面128。在所示实施方案中,第一元件外表面186或第二元件外表面188中的每一者的横截面轮廓具有四分之一圆形形状。
可垂直于第一元件外表面186来限定第一矢量190。可垂直于第二元件外表面188来限定第二矢量192。如图所示,第一矢量190和第二矢量192被限定为垂直于相应外表面186、188的至少一部分或垂直于相应外表面186、188的平均切线。
图4是以下的曲线图200:描述为ASTM G173-03(2012)中存在的地面参考光谱的太阳能量(或太阳光)的能谱202,大气窗区中的能量透射%光谱204(例如,0至1),以及制品的高发射率元件(诸如第一元件122(图2)或第一元件182(图3)的吸收206(例如,吸光率或发射率,如y轴上0至1所示)的一个示例。吸收206也可根据吸光度(例如,透射率的对数)来描述。
高发射率元件可限定反射器以反射反射带208中的能谱202的一些或全部光。反射带208至少部分地(或完全地)覆盖太阳区域中的波长,并且在一些情况下(诸如红外镜膜),至少部分地(或完全地)覆盖可见、近红外或中红外区域中的波长。反射器可在反射带208中具有低吸收206。
高发射率元件可在吸收带210中具有高吸收206。吸收带210可至少部分地(或完全地)覆盖大气窗区中的波长,这可有助于通过大气的高透射区域(例如,从本公开的任何制品)透射至少一些红外能量,例如,如能量透射%光谱204所示。高发射率元件可以在吸收带210中具有低反射率。
图5是包括多层光学膜的高发射率元件220的一个示例的示意图,该多层光学膜可与无源冷却设备100(图1)的任何制品,诸如制品102、120或180一起使用。高发射率元件220可被施加到基底104。高发射率元件220可用于反射太阳区域中的光并辐射大气窗区中的光。高发射率元件220可包括多个部件,这些部件可协同地提供本文所述的反射特性和吸收特性以冷却基底104。在一些实施方案中,高发射率元件220热耦接到基底104以在其间传递热量。在一些实施方案中,基底104耦接到流体、液体或气体,该流体、液体或气体可将热量从另一个制品(诸如热交换器、建筑物、电池、冷藏机、冷冻机、空调或光伏组件)传递出去。
在一些实施方案中,诸如所描绘的一个实施方案,高发射率元件220可包括在太阳区域中具有高平均反射率的反射器222以在该太阳区域中反射光,并且可具有在太阳区域中具有高透射度的外层224以允许光穿过从而到达该反射器。外层224还可在大气窗区中具有高吸光度以将该大气窗区的波长中的能量辐射远离该制品。在一些实施方案中,外层224热耦接到反射器222以在其间传递热量。从基底104传递至反射器222的热量可进一步传递至外层224,该热量可在大气窗区中作为光被辐射,以在夜间和白天冷却基底104。
外层224可部分地或完全覆盖反射器222。一般来讲,外层224可定位在反射器222和至少一个太阳能来源(例如,太阳)之间。外层224可暴露于户外环境中的要素,并且可由特别适用于此类环境的材料形成。
外层224可由提供太阳区域中的高透射度或大气窗区中的高吸光率,或两者的材料形成。外层224的材料可包含至少一种聚合物(例如,含氟聚合物)。
反射器222可部分地或完全覆盖基底104。一般来讲,反射器222可定位在基底104和外层224或至少一个太阳能来源之间。可通过外层224保护反射器222免受环境要素的影响。
在一些实施方案中,反射器222可为薄的以有利于从基底104到外层224的热传递。一般来讲,更薄的反射器222可提供更好的热传递。在一些实施方案中,反射器222的总厚度226为小于或等于50微米(在一些实施方案中,小于或等于40微米、30微米、25微米、20微米、15微米、或甚至至多10微米)。
在所示实施方案中,反射器222包括多层光学膜228,并且可包括金属层230。金属层230(本文更详细地描述)可设置在膜228和基底104之间。膜228可设置在外层224和基底104之间。膜228可例如通过粘合剂层232(或背衬层)耦接到基底104。该粘合剂层232可设置在金属层230和基底104之间。该粘合剂层可包括导热颗粒以有助于热传递。这些导热粒子包括氧化铝和氧化铝纳米粒子。用于该粘合剂层的另外的导热粒子包括以商品名“3MBORON DINITRIDE”购自3M公司(3M Company)的那些。
膜228可至少包括限定反射带208(图4)的层。在一些实施方案中,膜228包括多个第一光学层234和多个第二光学层236。膜228中的层234、236可交替或交错,并且具有不同的折射率。每个第一光学层234可邻近第二光学层236,或者反之亦然。大部分第一光学层234可设置在邻近的第二光学层236之间,或者反之亦然(例如,除一个层之外的所有层)。
反射带208可由光学层的数量、厚度和光学层234、236的折射率以制备具有本公开的益处的反射多层光学膜的领域的技术人员已知的任何合适的方式限定。
在一些实施方案中,膜228具有最高达1000个总光学层234、236(在一些实施方案中,最高达700个、600个、500个、400个、300个、250个、200个、150个、或甚至最高达100个总光学层)。
一个膜228中的光学层234、236的厚度可以变化。光学层234、236可以限定最大厚度238。光学层234、236中的一些可比最大厚度238更薄。光学层234、236的最大厚度238可远小于外层224的最小厚度240。外层224也可被描述为表层。在一些实施方案中,外层224可为膜228提供结构支撑,尤其是当外层224与膜228共挤出时。在一些实施方案中,外层224的最小厚度240为光学层234、236的最大厚度238的至少5倍(在一些实施方案中,至少10倍、或甚至至少15倍)。
光学层234、236的折射率可不同。第一光学层234可被描述为低折射率层并且第二光学层236可被描述为高折射率层,或者反之亦然。在一些实施方案中,低折射率层的第一折射率(或平均折射率)比高折射率层的第二折射率(或平均折射率)低大于或等于4%(在一些实施方案中,大于或等于5%、10%、12.5%、15%、20%、或甚至至少25%)。在一些实施方案中,低折射率层的第一折射率可小于或等于1.5(在一些实施方案中,小于或等于1.45、1.4、或甚至至多1.35)。在一些实施方案中,高折射率层的第二折射率可大于或等于1.4(在一些实施方案中,大于或等于1.42、1.44、1.46、1.48、1.5、1.6、或甚至至少1.7)。
膜228可由在太阳区域中提供高平均反射率的至少一种材料形成。膜228的材料可包含至少一种聚合物。一种类型的聚合物材料为含氟聚合物。用于形成膜228的材料中的至少一种材料可与用于形成外层224的至少一种材料相同或不同。在一些实施方案中,膜228和外层224均可包含含氟聚合物。与外层224相比,膜228中的含氟聚合物的组成可相同或不同。
在一些实施方案中,第一光学层234由与第二光学层236不同的材料形成。第一光学层234和第二光学层236中的一者可包含含氟聚合物。第一光学层234和第二光学层236中的另一者可包含含氟聚合物或包含非氟化聚合物。在一些实施方案中,该第一光学层包含含氟聚合物,该第二光学层包含非氟化聚合物。
在一些实施方案中,本文所述的多层光学膜可使用一般加工技术制备,诸如美国专利No.6,783,349(Neavin等人)中所述那些,该专利以引用方式并入本文。
用于提供具有受控的光谱的多层光学膜的理想技术可包括例如(1)使用轴杆加热器控制共挤出聚合物层的层厚度值,如例如美国专利No.6,783,349(Neavin等人)中所述;(2)在生产期间来自层厚度测量工具诸如原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜或扫描电子显微镜的及时层厚度分布反馈;(3)光学建模以生成所需的层厚度分布;以及(4)基于在所测层分布与所需层分布之间的差值来重复轴杆调节。
在一些实施方案中,层厚度分布控制的基本方法可涉及基于目标层厚度分布和所测量层分布的差值来调节轴杆区功率设置。调节给定反馈区中的层厚度值所需的轴杆功率的增加首先会以该加热器区中生成层的所得厚度的每纳米变化的热输入(瓦特)来校准。例如,使用针对275个层的24个轴杆区可以实现光谱的精确控制。一旦经过校准,就可以在给定目标分布和所测量分布的情况下计算所需的功率调整。重复该过程直至两个分布会聚。
在一个实施方案中,本公开的制品可包括反射350纳米至450纳米的波长范围的紫外光反射多层光学膜和反射450纳米至750纳米的波长范围的可见光反射多层光学膜,该紫外光反射多层光学膜由150个包含CoPMMA(例如,以商品名“PERSPEX CP63”购自田纳西州科尔多瓦的璐彩特国际集团(Lucite International,Cordova,TN))的高折射率层与150个包含含氟聚合物(例如,以商品名“3M DYNEON THV221”购自3M公司(3M Company))的低折射率层交替而制成,该可见光反射多层光学膜由150个包含PET(例如,以商品名“EASTAPAK7452”购自田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical Company,Kingsport,TN))的高折射率层与150个包含含氟聚合物(例如,以商品名“3M DYNEON THV221”购自3M公司(3M Company))的低折射率层交替而制成。该可见光反射多层光学膜的与该紫外光反射多层光学膜相反的表面涂覆有100纳米的铜(Cu)。该紫外光反射多层光学膜的与该可见光反光镜相反的表面为具有含氟聚合物(例如,以商品名“3M DYNEON THV815”购自3M公司)的层。
可以使用的非氟化聚合物(不含氟的聚合物)的非限制性示例包括以下中的至少一种:聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物(co-PMMA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯酸酯共聚物、聚氨酯、或它们的各种组合。一般来讲,可使用非氟化聚合物的各种组合。
各向同性光学聚合物(尤其是用于低折射率光学层中的各向同性光学聚合物)的示例可包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的均聚物,诸如以商品名“CP71”和“CP80”购自特拉华州威尔明顿的英力士亚克力公司(Ineos Acrylics,Inc.,Wilmington,DE)的那些;以及具有比PMMA更低的玻璃化转变温度的聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)。另外可用的聚合物包括PMMA的共聚物(CoPMMA),诸如由75重量%的甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体和25重量%的丙烯酸乙酯(EA)单体制得的CoPMMA(以商品名“PERSPEX CP63”购自英力士亚克力公司(IneosAcrylics,Inc.)或者以商品名“ATOGLAS 510”购自宾夕法尼亚州费城的阿科玛公司(Arkema,Philadelphia,PA));由MMA共聚单体单元和甲基丙烯酸正丁酯(nBMA)共聚单体单元形成的CoPMMA;或PMMA与聚(偏二氟乙烯)(PVDF)的共混物。用于层A的光学聚合物的附加示例包括丙烯酸酯三嵌段共聚物,其中第一嵌段共聚物、第二嵌段共聚物或至少一种另外的嵌段共聚物中的至少一者的每个末端嵌段由聚(甲基丙烯酸甲酯)构成,并且另外其中第一嵌段共聚物或第二嵌段共聚物中的至少一者的每个中间嵌段由聚(丙烯酸丁酯)构成。在一些实施方案中,基于相应嵌段共聚物的总重量,第一嵌段共聚物、第二嵌段共聚物或至少一种另外的嵌段共聚物中的至少一者由30重量%至80重量%的末端嵌段以及20重量%至70重量%的中间嵌段形成。在某些特定实施方案中,基于相应嵌段共聚物的总重量,第一嵌段共聚物、第二嵌段共聚物或至少一种另外的嵌段共聚物中的至少一者由50重量%至70重量%的末端嵌段以及30重量%至50重量%的中间嵌段形成。在上述实施方案中的任一个实施方案中,第一嵌段共聚物可被选择成与第二嵌段共聚物相同。三嵌段丙烯酸酯共聚物例如以商品名“KURARITY LA4285”购自德克萨斯州休斯顿的可乐丽美国公司(KurarayAmerica,Inc.,Houston,TX)。
用于光学层、尤其是用于低折射率光学层的另外的合适的聚合物可包括下列中的至少一种:聚烯烃共聚物,诸如聚(乙烯-共-辛烯)(PE-PO)(例如,以商品名“ENGAGE 8200”购自密歇根州米德兰的陶氏弹性体公司(Dow Elastomers、Midland,MI))、聚(丙烯-共-乙烯)(PPPE)(例如,以商品名“Z9470”购自德克萨斯州休斯顿的阿托菲纳石化公司(AtofinaPetrochemicals,Inc.,Houston,TX))、以及无规立构聚丙烯(aPP)和全同立构聚丙烯(iPP)的共聚物。多层光学膜还可例如在第二层中包含官能化聚烯烃,诸如马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯(LLDPE-g-MA)(例如,以商品名“BYNEL 4105”购自特拉华州威尔明顿的纳幕尔杜邦公司)。
可基于本文所述的吸光度特性或透射度特性以及基于折射率来选择材料。一般来讲,膜228中的两种材料之间的折射率越大,膜可越薄,这对于有效的热传递可为理想的。
可用于形成高折射率光学层的聚合物的示例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),其购自3M公司,还购自德克萨斯州沃顿的南亚塑胶公司(Nan Ya Plastics Corporation,Wharton,TX)。包含PETG和PCTG(以商品名“SPECTAR 14471”和“EASTAR GN071”得自田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical Company,Kingsport,TN))的PET的共聚物也是可用的高折射率层。可通过拉伸来增加PET和CoPET的分子取向,这增加了PET和CoPET的面内折射率,从而在多层光学膜中提供甚至更高的反射度。
用紫外线吸收剂(UVA)和受阻胺光稳定剂(HAL)进行的紫外线稳定可以干预预防PET、PMMA和CoPMMA的光氧化降解。用于掺入到PET、PMMA或CoPMMA光学层中的UVA包括二苯甲酮、苯并三唑和苯并三嗪。用于掺入到PET、PMMA或CoPMMA光学层中的UVA的示例包括以商品名“TINUVIN 1577”和“TINUVIN 1600”购自新泽西州弗洛勒姆帕克的巴斯夫公司(BASFCorporation,Florham Park,NJ)的那些。通常,UVA以1-10重量%的浓度掺入聚合物中。用于掺入到PET、PMMA或CoPMMA光学层中的HAL的示例包括以商品名“CHIMMASORB 944”和“TINUVIN 123”购自巴斯夫公司(BASF Corporation)的那些。通常,HAL以0.1-1.0重量%掺入到聚合物中。UVA与HAL的最佳比率可为10∶1。
UVA和HAL也可以掺入到含氟聚合物表面层或表面层下方的含氟聚合物层中。美国专利No.9,670,300(Olson等人)和美国专利申请公布No.2017/0198129(Olson等人)(其以引用方式并入本文)描述了与PVDF含氟聚合物相容的UVA低聚物的示例。
在含氟聚合物表面层中可包括其他紫外线阻断添加剂。非色素微粒氧化锌和氧化钛也可用作含氟聚合物表面层中的UV阻挡添加剂。氧化锌和氧化钛的纳米级颗粒将反射或散射紫外光,同时对可见光和近红外光透明。这些可反射紫外光的微型氧化锌和氧化钛粒子可购自例如新泽西州南普莱恩菲尔德的科博产品公司(Kobo Products,Inc.,SouthPlainfield,NJ),尺寸范围为10纳米至100纳米。
抗静电添加剂也可用于掺入到含氟聚合物表面层中或掺入到光学层中,以减少灰尘、污垢和碎屑的不期望的吸引。可将购自3M公司(3M Company)的离子盐抗静电剂掺入PVDF含氟聚合物层中以提供静电耗散。针对PMMA和CoPMMA的抗静电添加剂(例如,以商品名“STAT-RITE”购自俄亥俄州布雷克斯维尔的路博润工程聚合物公司(Lubrizol EngineeredPolymers,Brecksville,OH),或以商品名“PELESTAT”购自日本东京的三洋化成工业(SanyoChemical Industries,Tokyo,Japan))。
在一些实施方案中,外层224包含TFE、HFP和偏二氟乙烯的聚合物。在一些实施方案中,外层224包含以下中的至少一种:PE、聚乙烯共聚物、PMMA、丙烯酸酯共聚物或聚氨酯。
在一些实施方案中,第一光学层234包含TFE、HFP和偏二氟乙烯的聚合物,并且第二光学层212包含聚酯(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)),或者反之亦然。
高发射率元件220可包括至少两种不同的材料。每种材料的吸光度光谱可能无法单独在整个吸收带上提供高吸光度。然而,具有互补吸光度光谱(在本文中更详细地描述)的两种材料可协同地在整个吸收带上为高发射率元件220提供高吸光度。例如,第一材料可具有以吸收带中的某波长为中心的透射峰,该第一材料在大气窗区中可能无法辐射足够的能量,但第二材料可具有在该吸收带中的相同波长中心周围的互补吸收峰值。
透射峰可被描述为大于10%的透射度或小于1的吸光度。吸收峰可被描述为至少1的吸收或至多10%的透射度。然而,本文可描述的其他透射度值或吸光度值可用于限定透射峰和吸收峰的阈值。在至少10(在一些实施方案中,至少20、30、40、50、75、或甚至至少100)纳米的带宽中,透射峰或吸收峰可超过所选阈值。
在一个示例中,高发射率元件220中的层中的一个(诸如外层224或反射器222的层中的一个)可包括第一材料,该第一材料具有位于包含在第二波长范围中的第三波长范围内的小于1(透射峰)的最小吸光度。高发射率元件220中的不同层可包括第二材料,该第二材料在第三波长范围内具有至少1(吸收峰)的最小吸光度。该第二材料的吸收峰吸收本来会穿过该第一材料的透射峰的光。这样,两种或更多种材料可以互补的方式充分吸收8微米至13微米吸收带中的大部分光。
金属层230可以设置在基底104上或膜228的底部上。在一些实施方案中,将金属层230涂覆到基底104上或膜228下方。金属层230可设置在基底104与膜228之间。金属层230可针对反射带的至少一部分反射光。在一些实施方案中,金属层230具有在太阳区域中的高平均反射率。
在一些实施方案中,光学膜228或金属层230可能无法单独在整个反射带上提供高反射率。金属层230和膜228可具有互补的反射率光谱,并且一起可为高发射率元件220在整个反射带上提供高反射率。例如,膜228在反射带的一个范围内可为高反射性的,并且金属层230在该反射带的其中膜不为高反射性的另一个范围内可为高反射性的。
在一些实施方案中,膜228在较低波长范围内为高反射性的,并且金属层230在邻近较低波长范围的较高波长范围内为高反射性的。在一个示例中,膜228在0.3微米至0.8微米的范围内为高反射性的,并且金属层230在0.8微米至2.5微米的互补范围内为高反射性的。换句话讲,金属层230的高反射范围在膜228的高反射范围结束处附近开始。膜228和金属层230一起可在0.4微米至2.5微米范围内提供高反射性。
另选地或除了选择高吸光率材料之外,外层224或膜228可包括在大气窗区中提供高吸光率的结构,诸如无机颗粒。具体地讲,该结构的尺寸可被适当地设定以增加高发射率元件220的吸光率。
图6是可用作具有多个结构302的外层224的表面300的表面的一个示例的示意性自顶向下图示,该结构可被选择为改善吸光度或反射率。如图所示,多个结构302可设置在这些层中的至少一个(诸如外层224)的表面中或表面上。结构302可均匀地分散在这些层中的至少一个层(诸如外层224)中。在一些实施方案中,结构302可设置在表面中或表面上,并且均匀地分散在这些层中的至少一个层中。结构302的布置可被描述为阵列,该阵列可为二维或三维的。在一些实施方案中,结构302可被描述为微结构或纳米结构,取决于至少一个维度的大小(诸如最大宽度或直径)。
结构302可包括无机颗粒。例如,所描绘的每个结构302可对应于一个无机粒子。该无机粒子可分散在至少一个层中或设置在至少一个层上。
结构302可包括表面结构。表面结构可设置在表面(诸如外层224的表面300或膜228的表面)上。在一些实施方案中,结构302可被整合到表面300之中或之上。例如,结构302在形成为表面结构时,可通过在层中的至少一个层上挤出复制或微复制而形成,如美国临时申请序列号62/611,639中所述,该申请以引用方式并入本文。该表面结构可由或可不由与该至少一个层相同的材料形成。
图7-图10是限定第一宽度310、320、330、340和第二宽度312、322、332、342的表面结构304、305、306、307的各种示例的示意图,该表面结构可被选择为改善吸光度或反射率,可与无源冷却设备100(图1)一起使用。第一宽度310、320、330、340可被描述为外部宽度,并且第二宽度312、322、332、342可被描述为基部宽度。在一些实施方案中,表面结构304、305、306、307可具有在0.1微米至50微米范围内(例如,在第一宽度和第二宽度之间)的平均宽度,这可有利于大气窗区中的发射率或吸光率。表面结构304、305、306、307可各自包括限定每个宽度310、312、320、322、330、332、340、342的侧壁314、315、316、317。
侧壁314、315、316、317可以以各种几何形状形成。一些几何形状可特别适用于某些制造工艺。这些几何形状可由在第一宽度310、320、330、340和第二宽度312、322、332、342之间延伸的横截面限定。表面结构304、305、306可被描述为圆锥形或具有锥状形状。如本文所用,术语“宽度”可指例如当结构304、305、306的横截面为圆形、椭圆形或锥状时这些结构的直径。在图7中,表面结构304的侧壁314的横截面可包括宽度310、312之间的至少一条直线。第一宽度310可小于第二宽度312以限定斜率。在图8-图9中,表面结构305、306的侧壁315、316的横截面分别可包括在相应的第一宽度和第二宽度320、322和330、3332之间的至少一条曲线或弧。在图8中,宽度320不为零以赋予表面结构305渐缩的圆柱形状。在图9中,宽度330等于零以赋予表面结构306半球形状。在一些实施方案中,表面结构306可为球状体,或者甚至是椭圆体形状。如在图10中可见,表面结构307可被描述为正方形或矩形的柱。表面结构307的侧壁317的横截面可包括宽度340、342之间的直线(如图所示),或者可甚至包括这些宽度之间的至少一条曲线或弧。侧壁317可限定斜率,其中第一宽度340小于第二宽度342(如图所示),或者该侧壁可甚至为竖直的,其中第一宽度和第二宽度相等。
每个结构304、305、306、307可以正交于表面延伸的高度从表面突出。每个结构304、305、306、307的宽度可被限定为正交于该高度,并且平行于该表面。在一些实施方案中,每个表面结构304、305、306、307具有大于或等于0.1微米(在一些实施方案中,大于或等于1微米、3微米、5微米、7微米、8微米、9微米或甚至至少10微米)的平均宽度。在一些实施方案中,每个表面结构304、305、306、307具有小于或等于50微米(在一些实施方案中,小于或等于45微米、40微米、35微米、30微米、25微米、20微米、15微米、14微米、13微米、12微米、11微米、10微米、9微米或甚至至多8微米)的平均宽度。在一些实施方案中,每个表面结构304、305、306、307具有至少0.5微米(在一些实施方案中,至少1微米、3微米、5微米、7微米、8微米、9微米或甚至至少10微米)的平均高度。在一些实施方案中,每个表面结构304、305、306、307具有至多50微米(在一些实施方案中,至多20微米、15微米、14微米、13微米、12微米、11微米、10微米、9微米或甚至至多8微米)的平均高度。
图11A-图18示出了与可与任何制品(诸如制品102、120和180)一起使用的耐脏和抗污表面相关的各种实施方案。在一些实施方案中,元件(特别是高发射率元件)的面向外的表面可限定抗污层。抗污层可例如由元件的整体或单独的外层限定。抗污层的抗污表面可被设置成与反射器相反。抗污层可被纹理化,以便在其表面的一些或全部上被微结构化或纳米结构化;例如,如美国临时专利申请62/611,636和所得PCT国际申请公布No.WO2019/130198中所述,这些申请以引用方式并入本文。在美国临时专利申请No.62/855,392中讨论了这样的微结构化或纳米结构化用于增强冷却膜的抗污性的特定目的的用途,该申请全文以引用方式并入本文。
在一些实施方案中,纳米结构可以叠加在抗污层表面上的微结构上。在一些此类实施方案中,抗污层具有包括微结构或纳米结构的外主表面(其可被描述为抗污表面)。微结构可被布置为一系列交替的微峰和微空间。微峰之间的微空间的尺寸和形状可减轻污垢颗粒对微峰的粘附。纳米结构可被布置为设置在至少微空间上的至少一系列纳米峰。微峰可能比纳米峰更耐用于环境效应。由于微峰仅由微空间间隔开,并且微空间显著高于纳米峰,因此微峰可用于保护微空间表面上的纳米峰免受磨损。
参考抗污层,术语或前缀“微”是指限定在1微米至1毫米范围内的结构或形状的至少一个维度。例如,微结构可具有在1微米至1毫米范围内的高度或宽度。
如本文所用,术语或前缀“纳米”是指限定小于1微米的结构或形状的至少一个维度(或所有维度)。例如,纳米结构可具有小于1微米的高度或宽度中的至少一者(或两者)。
图11A、图11B和图11C是可与无源冷却设备100(图1)一起使用的抗污表面结构的一个示例的示意性透视和横截面图示。如图所示,抗污表面结构的横截面400、401被示为具有由一系列微结构418限定的抗污表面402的抗污层408。具体地讲,图11A示出横截面401相对于xyz轴的透视图。图11C示出了平行于轴线410的xz平面中的横截面401。图11B示出了在正交于横截面401且正交于轴线410的yz平面中的横截面400。图11A-图11C中描绘了抗污表面402,如同抗污层408位于平坦的水平表面上一样。然而,抗污层408可为柔性的并且可适形于不平坦的基底。
在一些实施方案中,微结构418形成于抗污层408中。微结构418和微结构下方的抗污层408的剩余部分可由相同的材料形成。抗污层408可由能够限定微结构418的任何合适的材料形成,该微结构可至少部分地限定抗污表面402。抗污层408可对各种频率的光透明。在至少一个实施方案中,抗污层408可对各种频率的光非透明或甚至不透明。在一些实施方案中,抗污层408可包括UV稳定材料或由UV稳定材料制成,并且/或者可包括UV阻挡添加剂。在一些实施方案中,抗污层408可包括聚合物材料,诸如含氟聚合物或聚烯烃聚合物。
抗污表面402可沿着轴线410延伸,例如平行于或基本上平行于轴线延伸。平面412可包含轴线410,例如平行或相交,使得轴线410在平面412中。轴线410和平面412均可为本文所用的假想构造,以示出与抗污表面402相关的各种特征。例如,平面412和抗污表面402的相交部可限定描述如图11C所示的表面的横截面轮廓的线414,该横截面轮廓包括如本文更详细描述的微峰420和微空间422。线414可包括至少一个直线区段或曲线区段。
线414可至少部分地限定微结构418系列,微结构418可以是设置在抗污层408上的三维(3D)结构,并且线414可以仅描述该3D结构的两个维度(例如,高度和宽度)。如在图11B中可见,微结构418可具有沿表面402从一个侧面430延伸到另一个侧面432的长度。
微结构418可包括沿着轴线410或在该轴线的方向上的一系列交替的微峰420和微空间422,该轴线可由线414限定或包括在该线中。轴线410的方向可与宽度尺寸重合。微空间422可各自设置在一对微峰420之间。换句话讲,多个微峰420可通过至少一个微空间422彼此分开。在至少一个实施方案中,至少一对微峰420可不包括其间的微空间422。交替的微峰420和微空间422的图案可被描述为“跳过的齿状棱纹”(STR)。微峰420和微空间422中的每一者可包括至少一个直线区段或曲线区段。
线414的斜率(例如,随延伸上升)可相对于轴线410的方向被定义为x坐标(延伸),并且相对于平面412的方向被定义为y轴(上升)。
可针对线414的至少一部分来限定最大绝对斜率。如本文所用,术语“最大绝对斜率”是指在线414的整个特定部分中从斜率的绝对值中选择的最大值。例如,一个微空间422的最大绝对斜率可指选自计算沿限定微空间的线414的每个点处的斜率的绝对值的最大值。
限定每个微空间422的最大绝对斜率的线可用于限定相对于轴线410的角度。在一些实施方案中,对应于最大绝对斜率的角度可为至多30度(在一些实施方案中,至多25度、20度、15度、10度、5度或甚至至多1度)。在一些实施方案中,微峰420中的至少一些(在一些实施方案中,全部)的最大绝对斜率可大于微空间422中的至少一些(在一些实施方案中,全部)的最大绝对斜率。
在一些实施方案中,线414可包括每个相邻微峰420和微空间422之间的边界416。边界416可包括直线区段或曲线区段中的至少一者。边界416可为沿着线414的点。在一些实施方案中,边界416可包括弯曲部。弯曲部可包括线414的两个区段的相交部。弯曲部可包括点,在该点处,线414改变位置中的方向(例如,两条不同直线之间的斜率的变化)。弯曲部还可包括这样的点,在该点处,线414在位置中具有最急剧的方向变化(例如,与相邻曲线区段相比,更急剧的转弯)。在一些实施方案中,边界416可包括拐点。拐点可为曲率方向变化的线的点。
图12是可与无源冷却设备100(图1)一起使用的抗污表面的另一个示例的示意性横截面图示。如图所示,抗污层408的抗污表面402具有在两个放大的覆盖层中可见的纳米结构530、532。至少一个微峰420可包括至少一个第一微区段424或至少一个第二微区段426。微区段424、426可设置在微峰420的顶点448的相反侧上。顶点448可为例如线414的最高点或局部最大值。每个微区段424、426可包括至少一个:直线区段或曲线区段。
限定第一微区段424和第二微区段426的线414可分别具有第一平均斜率和第二平均斜率。斜率可相对于基线450被定义为x轴(延伸),其中正交方向为z轴(上升)。
如本文所用,术语“平均斜率”是指在线的整个特定部分上的平均斜率。在一些实施方案中,第一微区段424的平均斜率可指第一微区段的端点之间的斜率。在一些实施方案中,第一微区段424的平均斜率可指根据沿着第一微区段在多个点处测量的斜率计算的平均值。
一般来讲,微峰的第一平均斜率可被定义为正,并且微峰的第二平均斜率可被定义为负。换句话讲,第一平均斜率和第二平均斜率具有相反的符号。在一些实施方案中,微峰的第一平均斜率的绝对值可等于微峰的第二平均斜率的绝对值。在一些实施方案中,绝对值可不同。在一些实施方案中,微区段424、426的每个平均斜率的绝对值可大于微空间422的平均斜率的绝对值。
微峰420的角度A可被限定在微峰的第一平均斜率和微峰的第二平均斜率之间。换句话讲,可计算第一平均斜率和第二平均斜率,然后可确定这些计算的线之间的角度。出于说明的目的,角度A被示出为与第一微区段424和第二微区段426相关。然而,在一些实施方案中,当第一微区段和第二微区段不是直线时,角度A可不一定等于两个微区段424、426之间的角度。
角度A可在为表面402提供足够抗污特性的范围内。在一些实施方案中,角度A可为至多120度(在一些实施方案中,至多110度、100度、95度、90度、85度、80度、75度、70度、65度、60度、55度、50度、45度、40度、35度、30度、25度、20度或甚至至多10度)。在一些实施方案中,角度A为至多85度(在一些实施方案中,至多75度)。在一些实施方案中,角度A在低端部处为至少30度(在一些实施方案中,至少25度、40度、45度或甚至至少50度)。在一些实施方案中,角度A在高端部处为至多75度(在一些实施方案中,至多60度,或甚至至多55度)。
微峰420可为能够基于微区段424、426的平均斜率提供角度A的任何合适的形状。在一些实施方案中,微峰420通常以三角形的形状形成。在一些实施方案中,微峰420不呈三角形的形状。该形状可跨与顶点448相交的z轴对称。在一些实施方案中,形状可为非对称的。
每个微空间422可限定微空间宽度242。微空间宽度442可被定义为对应边界416之间的距离,该距离可在相邻微峰420之间。
可以微米为单位来定义微空间宽度442的最小值。在一些实施方案中,微空间宽度442可为至少10微米(在一些实施方案中,至少20微米、25微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、75微米、80微米、90微米、100微米、150微米、200微米或甚至至少250微米)。在一些应用中,微空间宽度442在低端部处为至少50微米(在一些实施方案中,至少60微米或70微米)。在一些应用中,微空间宽度442在高端部处为至多90微米(在一些实施方案中,至多80微米或70微米)。在一些应用中,微空间宽度442为70微米。
如本文所用,术语“峰距离”是指在峰的每个顶点或最高点处测量的连续峰之间或最近的峰对之间的距离。
微空间宽度442也可相对于微峰距离440来限定。具体地讲,微空间宽度442的最小值可相对于对应的微峰距离440来限定,该微峰距离可指在微峰的每个顶点448处测量的包围微空间422的最近的一对微峰420之间的距离。在一些实施方案中,微空间宽度442可为微峰距离440的最大值的至少10%(在一些实施方案中,至少20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或甚至至少90%)。在一些实施方案中,微空间宽度442的最小值在低端部处为微峰距离440的最大值的至少30%(在一些实施方案中,至少40%)。在一些实施方案中,微空间宽度442的最小值在高端部处为微峰距离440的最大值的至多60%(在一些实施方案中,至多50%)。在一些实施方案中,微空间宽度442为微峰距离440的45%。
可以微米为单位来定义微峰距离440的最小值。在一些实施方案中,微峰距离440可为至少1微米(在一些实施方案中,至少2微米、3微米、4微米、5微米、10微米、25微米、50微米、75微米、100微米、150微米、200微米、250微米或甚至至少500微米)。在一些实施方案中,微峰距离440为至少100微米。
可以微米为单位来定义微峰距离440的最大值。微峰距离440可为至多1000微米(在一些实施方案中,至多900微米、800微米、700微米、600微米、500微米、400微米、300微米、250微米、200微米、150微米、100微米或甚至至多50微米)。在一些实施方案中,微峰距离440在高端部处为至多200微米。在一些实施方案中,微峰距离440在低端部处为至少100微米。在一些实施方案中,微峰距离440为150微米。
每个微峰420可限定微峰高度446。微峰高度446可被定义为基线550与微峰420的顶点448之间的距离。可以微米为单位来定义微峰高度446的最小值。在一些实施方案中,微峰高度446可为至少10微米(在一些实施方案中,至少20微米、25微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、150微米、200微米或甚至至少250微米)。在一些实施方案中,微峰高度446为至少60微米(在一些实施方案中,至少70微米)。在一些实施方案中,微峰高度446为80微米。
多个纳米结构530、532可至少部分地由线414限定。多个纳米结构530可设置在至少一个微空间422上。特别地,限定纳米结构530的线514可包括设置在至少一个微空间422上的至少一系列纳米峰520。在一些实施方案中,多个纳米结构532的至少一个系列的纳米峰520也可设置在至少一个微峰420上。
至少由于它们的大小差异,微结构418在耐磨性方面可比纳米结构530、532更耐用。在一些实施方案中,多个纳米结构532仅设置在微空间422上,或者至少不设置成在微峰420的顶点448近侧或邻近该顶点。
每个纳米峰520可包括第一纳米区段524和第二纳米区段526中的至少一者。每个纳米峰520可包括纳米区段524、526两者。纳米区段524、526可设置在纳米峰520的顶点548的相反侧上。
第一纳米区段524和第二纳米区段526可分别限定第一平均斜率和第二平均斜率,该第一平均斜率和第二平均斜率描述限定纳米区段的线514。对于纳米结构530、532,线514的斜率可相对于基线550被定义为x轴(延伸),其中正交方向为z轴(上升)。
一般来讲,纳米峰的第一平均斜率可被定义为正,并且纳米峰的第二平均斜率可被定义为负,或反之亦然。换句话讲,第一平均斜率和第二平均斜率至少具有相反的符号。在一些实施方案中,纳米峰的第一平均斜率的绝对值可等于纳米峰的第二平均斜率的绝对值(例如,纳米结构530)。在一些实施方案中,绝对值可不同(例如,纳米结构532)。
纳米峰520的角度B可限定在由纳米峰的第一平均斜率和纳米峰的第二平均斜率限定的线之间。类似于角度A,如图所示的角度B用于说明的目的,并且可不一定等于纳米区段524、526之间的任何直接测量的角度。
角度B可在为表面402提供足够抗污特性的范围内。在一些实施方案中,角度B可为至多120度(在一些实施方案中,至多110度、100度、90度、85度、80度、75度、70度、65度、60度、55度、50度、45度、40度、35度、30度、25度、20度或甚至至多10度)。在一些实施方案中,角度B在高端部处为至多85度(在一些实施方案中,至多80度,或甚至至多75度)。在一些实施方案中,角度B在低端部处为至少55度(在一些实施方案中,至少60度,或甚至至少65度)。在一些实施方案中,角度B为70度。
对于每个纳米峰520,角度B可相同或不同。例如,在一些实施方案中,微峰420上的纳米峰520的角度B可不同于微空间422上的纳米峰520的角度B。
纳米峰520可为能够基于由纳米区段524、526的平均斜率限定的线提供角度B的任何合适的形状。在一些实施方案中,纳米峰520通常以三角形的形状形成。在至少一个实施方案中,纳米峰520不呈三角形的形状。该形状可跨顶点548对称。例如,设置在微空间422上的纳米结构530的纳米峰520可以是对称的。在至少一些实施方案中,形状可为非对称的。例如,设置在微峰420上的纳米结构532的纳米峰520可为非对称的,其中一个纳米区段524比另一个纳米区段526长。在一些实施方案中,纳米峰520可在没有底切的情况下形成。
每个纳米峰520可限定纳米峰高度546。纳米峰高度546可被定义为基线550与纳米峰520的顶点548之间的距离。可以纳米为单位来定义纳米峰高度546的最小值。在一些实施方案中,纳米峰高度546可为至少10纳米(在一些实施方案中,至少50纳米、75纳米、100纳米、120纳米、140纳米、150纳米、160纳米、180纳米、200纳米、250纳米或甚至至少500纳米)。
在一些实施方案中,纳米峰高度546为至多250纳米(在一些实施方案中,至多200纳米),特别是对于微空间422上的纳米结构530而言。在一些实施方案中,纳米峰高度546在100纳米至250纳米(在一些实施方案中,160纳米至200纳米)的范围内。在一些实施方案中,纳米峰高度546为180纳米。
在一些实施方案中,纳米峰高度546为至多160纳米(在一些实施方案中,至多140纳米),特别是对于微峰420上的纳米结构532而言。在一些实施方案中,纳米峰高度546在75纳米至160纳米(在一些实施方案中,100纳米至140纳米)的范围内。在一些实施方案中,纳米峰高度546为120纳米。
如本文所用,术语“对应的微峰”是指其上设置有纳米峰520的微峰420,或者如果纳米峰设置在对应的微空间422上,则是指包围该微空间的最近的微峰中的一者或两者。换句话讲,对应于微空间422的微峰420是指在微空间之前和之后的一系列微峰中的微峰。
纳米峰高度546也可相对于对应的微峰420的微峰高度446限定。在一些实施方案中,对应的微峰高度446可以是纳米峰高度546的至少10倍(在一些实施方案中,至少50倍、100倍、150倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍或甚至至少1000倍)。在一些实施方案中,对应的微峰高度446在低端部处为纳米峰高度546的至少300倍(在一些实施方案中,至少400倍、500倍、或甚至至少600倍)。在一些实施方案中,对应的微峰高度446在高端部处为纳米峰高度546的至多900倍(在一些实施方案中,至多800倍或甚至至多700倍)。
纳米峰距离540可限定在纳米峰520之间。可限定纳米峰距离540的最大值。在一些实施方案中,纳米峰距离540可为至多1000纳米(在一些实施方案中,至多750纳米、700纳米、600纳米、500纳米、400纳米、300纳米、250纳米、200纳米、150纳米或甚至至多100纳米)。在一些实施方案中,纳米峰距离540为至多400纳米(在一些实施方案中,至多300纳米)。
可限定纳米峰距离540的最小值。在一些实施方案中,纳米峰距离540可为至少1纳米(在一些实施方案中,至少5纳米、10纳米、25纳米、50纳米、75纳米、100纳米、150纳米、200纳米、250纳米、300纳米、350纳米、400纳米、450纳米或甚至至少500纳米)。在一些实施方案中,纳米峰距离540为至少150纳米(在一些实施方案中,至少200纳米)。
在一些实施方案中,纳米峰距离540在150纳米至400纳米(在一些实施方案中,200纳米至300纳米)的范围内。在一些实施方案中,纳米峰距离540为250纳米。
纳米峰距离540可相对于对应的微峰420之间的微峰距离440来限定。在一些实施方案中,对应的微峰距离440是纳米峰距离540的至少10倍(在一些实施方案中,至少50倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍或甚至至少1000倍)。在一些实施方案中,对应的微峰距离440在低端部处为纳米峰距离540的至少200倍(在一些实施方案中,至少300倍)。在一些实施方案中,对应的微峰距离440在高端部处为纳米峰距离540的至多500倍(在一些实施方案中,至多400倍)。
在形成抗污表面的一些实施方案中,方法可包括挤出热熔材料(例如,合适的含氟聚合物)。挤出材料可用微复制工具成形。微复制工具可包括一系列微结构的镜像,该一系列微结构可在抗污层的表面上形成一系列微结构。该一系列微结构可包括沿着轴线的一系列交替的微峰和微空间。可在至少微空间上的层的表面上形成多个纳米结构。多个纳米峰可包括沿轴线的至少一个系列的纳米峰。
在一些实施方案中,可通过将表面暴露于反应离子蚀刻来形成多个纳米结构。例如,掩蔽元件可用于限定纳米峰。
在一些实施方案中,可通过用还具有离子蚀刻金刚石的微复制工具使挤出材料成形来形成多个纳米结构。该方法可涉及提供金刚石工具,其中该工具的至少一部分包括多个刀头,其中刀头的间距可小于1微米;以及用金刚石工具切割基底,其中金刚石工具可沿着一定方向以间距(p1)进出。金刚石工具可具有最大切割器宽度(p2),并且
纳米结构可被表征为嵌入在抗污层的微结构化表面内。除纳米结构暴露于空气的部分之外,纳米结构的形状通常可由相邻的微结构化材料限定。
包括纳米结构的微结构化表面层可以通过使用多刀头金刚石工具来形成。金刚石车削机(DTM)可以用于生成微复制工具,该微复制工具用于产生包括纳米结构的抗污表面结构,如美国专利申请公布No.2013/0236697(Walker等人)中所述,其以引用方式并入本文。还包括纳米结构的微结构化表面可以通过使用多刀头金刚石工具来形成,该多刀头金刚石工具可具有单个半径,其中该多个刀头具有小于1微米的间距。此类多刀头金刚石工具也可称为“纳米结构化金刚石工具”。因此,其中微结构还包括纳米结构的微结构化表面可在用金刚石刀具制造微结构化工具期间同时形成。聚焦离子束铣削工艺可用于形成刀头,也可用于形成金刚石工具的谷。例如,聚焦离子束铣削可用于确保刀头的内表面沿共同轴线会合以形成谷的底部。聚焦离子束铣削可用于形成谷中的特征部,诸如凹陷或凸起弧椭圆、抛物线、数学限定的表面图案或无规或伪无规图案。也可形成多种其他形状的谷。用于产生不连续或不一致的表面结构的金刚石车削机和方法的示例可以包括和利用如以下专利中所述的快速工具伺服机构(FTS):例如2000年8月17日公布的PCT公布No.WO 00/48037;美国专利7,350,442(Ehnes等人)和7,328,638(Gardiner等人);以及美国专利公布No.2009/0147361(Gardiner等人),其以引用方式并入本文。
在一些实施方案中,可通过用还具有用于压印的纳米结构化颗粒状电镀层的微复制工具使挤出材料或抗污层成形来形成多个纳米结构。电沉积,或更具体地讲电化学沉积,也可以用于生成各种表面结构(包括纳米结构)以形成微复制工具。该工具可使用两部分电镀工艺制成,其中第一电镀程序可形成具有第一主表面的第一金属层,并且第二电镀程序可在第一金属层上形成第二金属层。第二金属层可具有第二主表面,该第二主表面的平均粗糙度小于第一主表面的平均粗糙度。第二主表面可以用作工具的结构化表面。然后可在光学膜的主表面中制备该表面的复制品以提供光漫射性质。电化学沉积技术的一个示例在PCT公布No.WO 2018/130926(Derks等人)中有所描述,该公布以引用方式并入本文。
图13是可与无源冷却设备100(图1)一起使用的抗污表面的又一个示例的示意性横截面图示。如图所示,抗污层608的横截面600具有抗污表面602。抗污表面602可类似于抗污表面402,例如,抗污层408、608的微结构418、618可具有相同或类似的尺寸,并且还可形成交替的微峰620和微空间622的跳过的齿状棱纹图案。抗污表面602与表面402的不同之处在于,例如,纳米结构720可包括纳米尺寸的掩蔽元件722。
纳米结构720可使用掩蔽元件722形成。例如,掩蔽元件722可用于减法制造工艺,诸如反应离子蚀刻(RIE),以形成具有微结构618的表面602的纳米结构720。制备纳米结构和纳米结构化制品的方法可涉及通过从气态混合物中进行等离子体化学气相沉积,同时基本上同步地用反应性物质蚀刻表面,从而将层(诸如抗污层408)沉积到基底的主表面。该方法可包括提供基底;将当形成等离子体时能够将层沉积到基底上的第一气态物质与当形成等离子体时能够蚀刻基底的第二气态物质混合,从而形成气态混合物。该方法可包括使气体混合物形成等离子体,并且使基底的表面暴露于等离子体,其中表面可被蚀刻,并且层可基本上同时沉积在蚀刻表面的至少一部分上,从而形成纳米结构。
基底可以是(共)聚合物材料、无机材料、合金、固溶体或它们的组合。沉积的层可以包括使用反应气体的等离子体化学气相沉积的反应产物,该反应气体包括选自由有机硅化合物、金属烷基化合物、金属异丙氧基化合物、乙酰丙酮金属化合物、金属卤化物及它们的组合组成的组的化合物。可以制备高长径比的纳米结构,并且任选地在至少一个维度上、甚至在三个正交维度上具有无规尺寸。
在抗污层608的方法的一些实施方案中,可提供具有设置在层的抗污表面602上的一系列微结构618的抗污层。一系列微结构618可包括一系列交替的微峰620和微空间622。
一系列纳米尺寸的掩蔽元件722可设置在至少微空间622上。抗污层608的抗污表面602可暴露于反应离子蚀刻以在包括一系列纳米峰720的层的表面上形成多个纳米结构718。每个纳米峰720可包括掩蔽元件722以及掩蔽元件722与层608之间的层材料的柱760。
掩蔽元件722可由比抗污层608的材料更能抵抗RIE效应的任何合适的材料形成。在一些实施方案中,掩蔽元件722包括无机材料。无机材料的非限制性示例包括硅石和二氧化硅。在一些实施方案中,掩蔽元件722是亲水性的。亲水性材料的非限制性示例包括硅石和二氧化硅。
如本文所用,术语“最大直径”是指基于穿过具有任何形状的元件的直线的最长尺寸。
掩蔽元件722可为纳米尺寸的。每个掩蔽元件722可限定最大直径742。在一些实施方案中,掩蔽元件722的最大直径可为至多1000纳米(在一些实施方案中,至多750纳米、500纳米、400纳米、300纳米、250纳米、200纳米、150纳米或甚至至多100纳米)。
每个掩蔽元件722的最大直径742可相对于对应的微峰620的微峰高度640进行描述。在一些实施方案中,对应的微峰高度640为掩蔽元件722的最大直径742的至少10倍(在一些实施方案中,至少25倍、50倍、100倍、200倍、250倍、300倍、400倍、500倍、750倍或甚至至少1000倍)。
每个纳米峰720可限定高度746。高度746可限定在基线750和掩蔽元件722的顶点748之间。
图14A-图14B是可与图1的无源冷却设备100一起使用的表面结构的各种示例的示意性横截面图示。如图所示,线800和820表示用于任何抗污表面(诸如表面402、602)的不同形式的峰802、822的横截面轮廓,这些峰可为微结构的微峰或纳米结构的纳米峰。如所提及的,结构不需要严格呈三角形的形状。
线800示出包括顶点812的峰802的第一部分804(顶部部分)可具有大致三角形形状,而相邻侧面部分806可为弯曲的。在一些实施方案中,如图所示,峰802的侧面部分806在过渡到空间808中时可不具有更急剧的转弯。峰802的侧面部分806与空间808之间的边界810可由线800的阈值斜率限定,如本文例如相对于图11A-图11C和图12所讨论的。
空间808也可根据相对于峰802的高度814的高度来限定。峰802的高度814可限定在边界810中的一者与顶点812之间。空间808的高度可被限定在底部816或空间808的最低点与边界810中的一者之间。在一些实施方案中,空间808的高度可为峰802的高度814的至多40%(在一些实施方案中,至多30%、25%、20%、15%、10%、5%、4%、3%或甚至至多2%)。在一些实施方案中,空间808的高度是峰802的高度814的至多10%(在一些实施方案中,至多5%、4%、3%或甚至至多2%)。
线820示出了包括顶点的峰820的第一部分824(顶部部分)可具有大致圆形的形状,而相邻侧面部分826之间没有急剧转弯。顶点832可被定义为结构820的最高点,例如,其中斜率从正变为负。尽管第一部分824(顶部部分)在顶点832处可为圆形的,但峰820仍可限定第一平均斜率和第二平均斜率之间的角度,诸如角度A(参见图12)。
峰820的侧面部分826与空间828之间的边界830可例如由更急剧的转弯限定。如本文所讨论的,边界830也可由斜率或相对高度限定。
如图15至图18所示,抗污表面可为不连续的、间歇的或不一致的。例如,抗污表面也可被描述为包括具有围绕微棱锥的微空间的微棱锥(参见图15和图18)。
图15是可与无源冷却设备100(图1)一起使用的另外抗污表面的一个示例的示意性透视图示。如图所示,第一抗污表面1001至少部分地由不一致的微结构1210限定。例如,如果在yz平面中观察到抗污表面1000(类似于图11B),则至少一个微峰1012从视图的左侧到右侧可具有不一致的高度,这可以与示出从视图的左侧到右侧具有一致高度的微峰420的图11B形成对比。特别地,由微结构1010限定的微峰1012的高度或形状中的至少一者可为不一致的。微峰1012由微空间(在该透视图中未示出)间隔开,类似于本文所述的其他表面,诸如表面402的微空间422(图11A和图11C)。
图16是可与无源冷却设备100(图1)一起使用的再一个抗污表面的又一个示例的示意性自顶向下图。如图所示,第二抗污表面1002具有不连续的微结构1020。例如,如果在yz平面上观察到第二抗污表面1002(类似于图11B),则可示出由微结构1020间隔开的多于一个纳米峰1022,这可以与示出从视图的左侧连续延伸到右侧的微峰420的图11B形成对比。特别地,微结构1020的微峰1022可被微空间1024围绕。微峰1022可各自具有半穹顶状形状。例如,半穹顶状形状可为半球形、半卵形、半长球形或半扁球形。围绕每个微峰延伸的每个微峰1022的基部的边缘1026可为圆形形状(例如,圆形、椭圆形或圆角矩形)。微峰1022的形状可为一致的,如例示的实施方案中所描绘的,或者可以是不一致的。
图17和图18是可与无源冷却设备100(图1)一起使用的又一个抗污表面的示意性透视图示。第三抗污表面1003的第一部分1004(图17)和第二部分1005(图18)具有不连续的微结构1030。图17视图示出更多的接近45度角度的微结构1030的“前”侧,而图18视图示出更接近顶角的微结构的“后”侧中的一些。
微结构1030的由微空间1034围绕的微峰1032可具有棱锥状形状(例如,微棱锥)。例如,棱锥状形状可为矩形棱锥或三角形棱锥。棱锥状形状的侧面1036在形状或面积上可为不一致的(如例示的实施方案所示),或者在形状或面积上可以是一致的。棱锥状形状的边缘1038可为非线性的(如例示的实施方案所示),或者可以是线性的。每个微峰1032的总体积可为不一致的,如例示的实施方案中所描绘的,或者可以是一致的。
上述详细讨论清楚地表明,如果需要,抗污层的抗污表面可被纹理化,例如微结构化或纳米结构化,以增强其抗污特性。一般来讲,纹理化可以以任何合适的方式实现,无论是例如通过抵靠适当的工具表面模制或压印表面,还是通过例如通过反应离子蚀刻、激光烧蚀等从现有表面去除材料来实现。在一些方法中,抗污层可包括适当大小和/或形状的无机颗粒以提供期望的表面纹理。在一些实施方案中,任何此类颗粒可以例如沉积到表面上并粘附到其上。在其他实施方案中,可以将任何此类颗粒掺入(例如,混合)到要形成抗污层的材料中,然后以允许颗粒存在于层中的方式形成层,以致使防污表面呈现对应纹理。在一些实施方案中,此类颗粒的存在可致使抗污层的表面在制成的层中呈现纹理。在其他实施方案中,例如在从抗污层的表面去除有机聚合物材料(例如,通过反应性离子蚀刻)而无机颗粒保持就位时,此类颗粒可导致纹理形成,如本文先前所述。在此类方法的变型中,无机材料可例如通过等离子体沉积与有机材料去除(例如,反应离子蚀刻)工艺同时沉积到抗污层的主表面上,以实现类似的效果。在美国专利10,134,566中讨论了此类布置,该专利以引用方式并入本文。
通过上文所述,图19-图22是根据本公开的制品的各种具体示例的示意性横截面图示。
图19是图2的制品120的一个示例的示意图。在所示实施方案中,制品1100包括多个第一元件1102和多个第二元件1104。多个第一元件1102包括第一支撑层1106和至少部分地或完全地覆盖相应的第一支撑层的第一外层1108。多个第二元件1104包括第二支撑层1110和至少部分地或完全地覆盖相应的第二支撑层的第二外层1112。
第一外层1108可至少部分地由致密含氟聚合物形成或包括致密含氟聚合物(没有微孔或微空隙)以至少部分地或完全地限定大气窗区中的高吸光度。第二外层1112可至少部分地由致密聚乙烯形成或包括致密聚乙烯(没有微孔或微空隙)以至少部分地或完全地限定大气窗区中的低吸光度。第一支撑层1106和第二支撑层1110可由件材料诸如金属形成。金属支撑层1106、1110可至少部分或完全地限定相应元件1102、1104在太阳区域中的高平均反射率。
图20是图2的制品120的一个示例的示意图。在所示实施方案中,制品1120包括多个第一元件1122和多个第二元件1124。多个第一元件1122包括第一支撑层1126和至少部分地或完全地覆盖相应的第一支撑层的第一外层1128。多个第二元件1124包括第二支撑层1130和至少部分地或完全地覆盖相应的第二支撑层的第二外层1132。
第一外层1128可包括多层光学膜,其可被描述为太阳能反射器,并且其至少部分地或完全地限定太阳区域中的高平均反射率和大气窗区中的高吸光度。第二外层1132可至少部分地由微孔聚乙烯形成或包括微孔聚乙烯,其可为微空隙聚乙烯,以至少部分地或完全地限定太阳区域中的高平均反射率和大气窗区中的低吸光度。第一支撑层1126和第二支撑层1130可由聚合物形成。
图21是图2的制品120的一个示例的示意图。在所示实施方案中,制品1140包括多个第一元件1142和多个第二元件1144。多个第一元件1142包括第一支撑层1146和至少部分地或完全地覆盖相应的第一支撑层的第一外层1148。多个第二元件1144包括第二支撑层1150和至少部分地或完全地覆盖相应的第二支撑层的第二外层1152。
第一外层1148可至少部分地由微孔含氟聚合物形成或包括微孔含氟聚合物,其可为微空隙含氟聚合物,其至少部分地或完全地限定太阳区域中的高平均反射率和大气窗区中的高吸光度。第二外层1152可至少部分地由微孔聚乙烯形成或包括微孔聚乙烯,其可为微空隙聚乙烯,以至少部分地或完全地限定太阳区域中的高平均反射率和大气窗区中的低吸光度。第一支撑层1146和第二支撑层1150可由聚合物形成。
图22是图2的制品120的一个示例的示意图。在所示实施方案中,制品1160包括多个第一元件1162和多个第二元件1164。多个第一元件1162包括第一支撑层1166和至少部分地或完全地覆盖相应的第一支撑层的第一外层1168。多个第二元件1164包括第二支撑层1170和至少部分地或完全地覆盖相应的第二支撑层的第二外层1172。
多个第二元件1164还包括图形层1174。图形层1174可被限定为包括在第二支撑层1170或第二外层1172中。
第一外层1168可至少部分地由聚合物层形成或包括聚合物层,诸如致密含氟聚合物以至少部分地限定大气窗区中的高吸光度;微孔含氟聚合物(其可以是微空隙含氟聚合物)以至少部分地或完全地限定太阳区域中的高平均反射率和大气窗区中的高吸光度;或多层光学膜以至少部分地或完全地限定太阳区域中的高平均反射率和大气窗区中的高吸光度。第二外层1172可至少部分地由低发射率红外镜膜形成或包括低发射率红外镜膜,以至少部分地或完全地限定太阳区域中和大气窗区中的高平均反射率以及至少大气窗区中的低吸光度(以及任选近红外区域中的低吸光度)。图形层1174可包括任何合适的材料以支撑打印材料,诸如PVC或聚乙烯共聚物,其可任选地至少部分地限定大气窗区中的低吸光度。第一支撑层1166和第二支撑层1170可由聚合物形成。
例示性实施方案
在描述各种特征的情况下,还描述了各种示例性组合以进一步示出可用于某些应用中的各种组合,其中的一些组合在本文中有所描述。
A1.一种无源冷却制品,所述无源冷却制品包括:
限定第一元件外表面的多个第一元件,该多个第一元件限定在8微米至13微米的大气窗波长范围内大于或等于0.6(在一些实施方案中,大于或等于0.7、0.8、0.9或甚至1)的第一吸光度,并且限定在0.4微米至2.5微米(在一些实施方案中,0.3微米至3.5微米)的太阳波长范围内大于或等于80%(在一些实施方案中,大于或等于90%)的第一平均反射率;以及
限定第二元件外表面的多个第二元件,该多个第二元件限定在大气窗波长范围内小于或等于0.5(在一些实施方案中,小于或等于0.4、0.3、0.2或甚至0.1;通常低于第一吸光度)的第二吸光度,并且限定在太阳波长范围内大于或等于60%(在一些实施方案中,大于或等于80%、或甚至90%)的第二平均反射率;
其中多个第一元件和多个第二元件散置以形成主结构,该主结构具有包括第一元件外表面和第二元件外表面的第一主表面,以及与第一主表面相反的第二主表面;
其中主结构具有第一端部区域和第二端部区域,其中第一元件外表面面向朝向第一端部区域的第一方向,并且第二元件外表面面向朝向第二端部区域的第二方向。
A2.根据实施方案A1所述的制品,其中多个第一元件限定在4微米至20微米的中红外波长范围内的第一吸光度(在一些实施方案中,将基底冷却到高于空气温度)。
A3.根据实施方案A1或A2所述的制品,其中垂直于第一元件外表面的至少一部分的第一矢量与垂直于第二元件外表面的至少一部分的第二矢量限定元件间角度,其中元件间角度大于或等于15度且小于或等于165度(在一些实施方案中,大于或等于45度、60度、90度或120度,或者小于或等于135度、120度、90度或60度)。
A4.根据实施方案A3所述的制品,其中垂直于第二主表面的至少一部分的主表面矢量与第一矢量限定第一元件角度,其中第一元件角度大于或等于15度且小于或等于75度。
A5.根据实施方案A4所述的制品,其中主表面矢量与第二矢量限定第二元件角度,其中第二元件角度大于或等于15度且小于或等于75度。
A6.根据任一项前述A实施方案所述的制品,其中多个第一元件包括以下中的一者或多者:致密含氟聚合物层,微孔(或微空隙)含氟聚合物层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的致密聚酯层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的微孔(或微空隙)聚酯层,至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的第一反射率的多层光学膜,以及至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的第一反射率的金属层。
A7.根据任一项前述A实施方案所述的制品,其中多个第二元件包括以下中的一者或多者:致密聚乙烯层,致密聚乙烯共聚物层,微孔(或微空隙)聚乙烯层,微孔(或微空隙)聚乙烯共聚物层,限定小于或等于10微米的厚度的含氟聚合物层,包含金属的涂层,至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的第二吸光度的红外镜膜,至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的第二吸光度的图形层,至少部分地(或完全地)被红外镜膜覆盖的图形层,该红外镜膜至少部分地(或完全地)限定在大气窗波长范围内的第二吸光度,以及至少部分地(或完全地)限定在太阳波长范围内的第一反射率的金属层。
A8.根据实施方案A7所述的制品,其中图形层包括以下中的一者或多者:聚氯乙烯层,聚乙烯共聚物层,微孔(或微空隙)聚乙烯共聚物层,以及至少部分地(或完全地)被致密聚乙烯共聚物层覆盖的微孔(或微空隙)聚乙烯。
A9.根据实施方案A1至A5中任一项所述的制品,其中多个第一元件中的至少一些第一元件包括第一支撑层和第一外层,第一外层至少部分地(或完全地)限定第一吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第一支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第一元件外表面,其中多个第二元件中的至少一些第二元件包括第二支撑层和第二外层,第二外层至少部分地(或完全地)限定第二吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第二支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第二元件外表面。
A10.根据实施方案A9所述的制品,其中第一支撑层、第二支撑层或两者包括限定相应平均反射率的反射器。
A11.根据实施方案A10所述的制品,其中反射器中的至少一些反射器限定漫反射器。
A12.根据实施方案A9至A11中任一项所述的制品,其中第一支撑层和第二支撑层一体地形成为单件材料。
A13.根据实施方案A9至A12中任一项所述的制品,其中第一外层中的至少一些第一外层包括以下中的一者或多者:致密含氟聚合物层,微孔(或微空隙)含氟聚合物层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的致密聚乙烯层,至少部分地(或完全地)被致密含氟聚合物层覆盖的微孔聚乙烯层,至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的第一反射率的多层光学膜,以及至少部分地(或完全地)限定太阳波长范围内的第一反射率的金属层。
A14.根据实施方案A9至A13中任一项所述的制品,其中第一支撑层或第二支撑层中的至少一些包括金属层。
A15.根据实施方案A14所述的制品,其中第一外层包含致密含氟聚合物并且第二外层包含致密聚乙烯。
A16.根据实施方案A9至A13中任一项所述的制品,其中第一支撑层、第二支撑层或两者包括聚合物层。
A17.根据实施方案A16所述的制品,其中第一外层包括至少部分地(或完全地)限定第一吸光度和第一平均反射率的多层光学膜。
A18.根据实施方案A17所述的制品,其中第一外层包括至少部分地(或完全地)限定第一吸光度和第一平均反射率的微孔(或微空隙)含氟聚合物层。
A19.根据实施方案A16至A18中任一项所述的制品,其中第二外层包括至少部分地(或完全地)限定第二吸光度和第二平均反射率的微孔(或微空隙)层,其中微孔(或微空隙)层包含聚乙烯或聚乙烯共聚物。
A20.根据实施方案A9至A13中任一项所述的制品,其中第二外层包括至少部分地限定第二吸光度的红外镜膜,并且多个第二元件还包括图形层,其中红外镜膜至少部分地(或完全地)覆盖图形层,其中图形层一起限定视觉图形。
A21.根据实施方案A20所述的制品,其中红外镜膜在0.3微米至0.8微米的可见波长范围内限定小于30%(在一些实施方案中,小于或等于20%或甚至10%)的平均透射度。
A22.根据任一项前述实施方案所述的制品,其中多个第一元件包括具有至多50微米的有效D90粒度的无机颗粒阵列(在一些实施方案中,白色无机颗粒至少部分地(或完全地)限定在太阳波长范围内的高平均反射率)。
A23.根据任一项前述实施方案所述的制品,其中第一外表面或第二外表面中的至少一些限定离散表面纳米结构的阵列,每个离散表面纳米结构限定各自小于1微米的高度尺寸和宽度尺寸。
A24.根据任一项前述实施方案所述的制品,其中第一外表面或第二外表面中的至少一些限定离散表面微结构的阵列,每个离散表面微结构限定小于或等于50微米的宽度尺寸(在一些实施方案中,以提供抗阻或抗污特性)。
A25.根据实施方案A24所述的制品,其中离散表面微结构的阵列在离散表面微结构之间限定宽度大于或等于50微米且小于或等于90微米的微空间(在一些实施方案中,以提供耐脏或抗污表面)。
A26.根据任一项前述A实施方案所述的制品,其中第一元件外表面的总表面积小于第二元件外表面的总表面积(在一些实施方案中,小于或等于第二元件外表面的总面积的80%、70%、60%、50%、40%、30%、或甚至20%),并且第二元件外表面一起限定视觉图形。
A27.根据实施方案A1至A26中任一项所述的制品,其中第一元件外表面的总表面积等于第二元件外表面的总表面积的80%至120%(在一些实施方案中,90%至110%、95%至105%、或甚至99%至101%)。
A28.根据任一项前述A实施方案所述的制品,其中主结构具有在1微米和100厘米之间的厚度尺寸。
A29.根据任一项前述实施方案所述的制品,其中多个第一元件或第二元件中的至少一些被布置为细长元件的交替行。
A30.根据实施方案A1至A28中任一项所述的制品,其中多个第一元件或第二元件中的至少一些形成为离散表面结构。
A31.根据任一项前述A实施方案所述的制品,其中第一元件外表面或第二元件外表面中的至少一些限定平面表面。
A32.根据任一项前述A实施方案所述的制品,其中第一元件外表面或第二元件外表面中的至少一些限定弯曲表面。
B1.一种无源冷却制品,所述无源冷却制品包括:
限定第一元件外表面的多个第一元件,该多个第一元件限定在8微米至13微米的大气窗波长范围内大于或等于0.6(在一些实施方案中,大于或等于0.7、0.8、0.9或甚至1)的第一吸光度,并且限定在0.4微米至2.5微米(在一些实施方案中,0.3微米至3.5微米)的太阳波长范围内大于或等于80%(在一些实施方案中,大于或等于90%)的第一平均反射率,其中多个第一元件中的至少一些第一元件包括第一支撑层和第一外层,该第一外层至少部分地(或完全地)限定第一吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第一支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第一元件外表面,其中第一外层包含致密含氟聚合物;以及
限定第二元件外表面的多个第二元件,该多个第二元件限定在大气窗波长范围内小于或等于0.5(在一些实施方案中,小于或等于0.4、0.3、0.2或甚至0.1;通常低于第一吸光度)的第二吸光度,并且限定在太阳波长范围内大于或等于60%(在一些实施方案中,大于或等于80%、或甚至90%)的第二平均反射率,其中多个第二元件中的至少一些第二元件包括第二支撑层和第二外层,该第二外层至少部分地(或完全地)限定第二吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第二支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第二元件外表面,其中第二外层包含致密聚乙烯;
其中第一支撑层和第二支撑层一体地形成为单件材料;
其中第一支撑层或第二支撑层中的至少一些包括金属层;
其中多个第一元件和多个第二元件散置以形成主结构,该主结构具有包括第一元件外表面和第二元件外表面的第一主表面,以及与第一主表面相反的第二主表面;
其中主结构具有第一端部区域和第二端部区域,其中第一元件外表面面向朝向第一端部区域的第一方向,并且第二元件外表面面向朝向第二端部区域的第二方向。
C1.一种无源冷却制品,所述无源冷却制品包括:
限定第一元件外表面的多个第一元件,该多个第一元件限定在8微米至13微米的大气窗波长范围内大于或等于0.6(在一些实施方案中,大于或等于0.7、0.8、0.9或甚至1)的第一吸光度,并且限定在0.4微米至2.5微米(在一些实施方案中,0.3微米至3.5微米)的太阳波长范围内大于或等于80%(在一些实施方案中,大于或等于90%)的第一平均反射率,其中多个第一元件中的至少一些第一元件包括第一支撑层和第一外层,该第一外层至少部分地(或完全地)限定第一吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第一支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第一元件外表面,其中第一外层包括至少部分地(或完全地)限定第一吸光度和第一平均反射率的多层光学膜;以及
限定第二元件外表面的多个第二元件,该多个第二元件限定在大气窗波长范围内小于或等于0.5(在一些实施方案中,小于或等于0.4、0.3、0.2或甚至0.1;通常低于第一吸光度)的第二吸光度,并且限定在太阳波长范围内大于或等于60%(在一些实施方案中,大于或等于80%、或甚至90%)的第二平均反射率,其中多个第二元件中的至少一些第二元件包括第二支撑层和第二外层,该第二外层至少部分地(或完全地)限定第二吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第二支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第二元件外表面,其中第二外层包含致密聚乙烯,其中第二外层包括至少部分地(或完全地)限定第二吸光度和第二平均反射率的微空隙层,其中微空隙层包含聚乙烯或聚乙烯共聚物;
其中第一支撑层或第二支撑层中的至少一些包括聚合物层;
其中多个第一元件和多个第二元件散置以形成主结构,该主结构具有包括第一元件外表面和第二元件外表面的第一主表面,以及与第一主表面相反的第二主表面;
其中主结构具有第一端部区域和第二端部区域,其中第一元件外表面面向朝向第一端部区域的第一方向,并且第二元件外表面面向朝向第二端部区域的第二方向。
D1.一种无源冷却制品,所述无源冷却制品包括:
限定第一元件外表面的多个第一元件,该多个第一元件限定在8微米至13微米的大气窗波长范围内大于或等于0.6(在一些实施方案中,大于或等于0.7、0.8、0.9或甚至1)的第一吸光度,并且限定在0.4微米至2.5微米(在一些实施方案中,0.3微米至3.5微米)的太阳波长范围内大于或等于80%(在一些实施方案中,大于或等于90%)的第一平均反射率,其中多个第一元件中的至少一些第一元件包括第一支撑层和第一外层,该第一外层至少部分地(或完全地)限定第一吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第一支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第一元件外表面,其中第一外层包括至少部分地(或完全地)限定第一吸光度和第一平均反射率的微空隙含氟聚合物层(或微空隙聚酯层和至少部分地(或完全地)覆盖微空隙聚酯层的致密含氟聚合物层);以及
限定第二元件外表面的多个第二元件,该多个第二元件限定在大气窗波长范围内小于或等于0.5(在一些实施方案中,小于或等于0.4、0.3、0.2或甚至0.1;通常低于第一吸光度)的第二吸光度,并且限定在太阳波长范围内大于或等于60%(在一些实施方案中,大于或等于80%、或甚至90%)的第二平均反射率,其中多个第二元件中的至少一些第二元件包括第二支撑层和第二外层,该第二外层至少部分地(或完全地)限定第二吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第二支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第二元件外表面,其中第二外层包含致密聚乙烯,其中第二外层包括至少部分地(或完全地)限定第二吸光度和第二平均反射率的微空隙层,其中微空隙层包含聚乙烯或聚乙烯共聚物;
其中第一支撑层或第二支撑层中的至少一些包括聚合物层;
其中多个第一元件和多个第二元件散置以形成主结构,该主结构具有包括第一元件外表面和第二元件外表面的第一主表面,以及与第一主表面相反的第二主表面;
其中主结构具有第一端部区域和第二端部区域,其中第一元件外表面面向朝向第一端部区域的第一方向,并且第二元件外表面面向朝向第二端部区域的第二方向。
E1.一种无源冷却制品,所述无源冷却制品包括:
限定第一元件外表面的多个第一元件,该多个第一元件限定在8微米至13微米的大气窗波长范围内大于或等于0.6(在一些实施方案中,大于或等于0.7、0.8、0.9或甚至1)的第一吸光度,并且限定在0.4微米至2.5微米(在一些实施方案中,0.3微米至3.5微米)的太阳波长范围内大于或等于80%(在一些实施方案中,大于或等于90%)的第一平均反射率,其中多个第一元件中的至少一些第一元件包括第一支撑层和第一外层,该第一外层至少部分地(或完全地)限定第一吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第一支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第一元件外表面,其中第一外层包括至少部分地(或完全地)限定第一吸光度和第一平均反射率的微空隙含氟聚合物层(或微空隙聚酯层和至少部分地(或完全地)覆盖微空隙聚酯层的致密含氟聚合物层);以及
限定第二元件外表面的多个第二元件,该多个第二元件限定在大气窗波长范围内小于或等于0.5(在一些实施方案中,小于或等于0.4、0.3、0.2或甚至0.1;通常低于第一吸光度)的第二吸光度,并且限定在太阳波长范围内大于或等于60%(在一些实施方案中,大于或等于80%、或甚至90%)的第二平均反射率,其中多个第二元件中的至少一些第二元件包括第二支撑层和第二外层,该第二外层至少部分地(或完全地)限定第二吸光度并且至少部分地(或完全地)覆盖第二支撑层的外表面以至少部分地(或完全地)限定第二元件外表面,其中第二外层包括至少部分地限定第二吸光度的红外镜膜,并且多个第二元件还包括图形层,其中红外镜膜至少部分地(或完全地)覆盖图形层,其中图形层一起限定视觉图形;
其中第一支撑层或第二支撑层中的至少一些包括聚合物层;
其中多个第一元件和多个第二元件散置以形成主结构,该主结构具有包括第一元件外表面和第二元件外表面的第一主表面,以及与第一主表面相反的第二主表面;
其中主结构具有第一端部区域和第二端部区域,其中第一元件外表面面向朝向第一端部区域的第一方向,并且第二元件外表面面向朝向第二端部区域的第二方向。
F1.一种设备,所述设备包括:
能够被冷却的基底,该基底包括被配置为暴露于太阳能的基底表面的至少一部分;以及
根据任一项A、B、C、D或E实施方案所述的制品,该制品覆盖基底表面的至少部分,以反射指向基底表面的太阳能。
F2.根据实施方案F1所述的设备,其中基底表面包括车辆(在一些实施方案中,卡车、火车、公共汽车的拖车或半拖车,或其热交换器)的竖直表面,并且第二元件外表面面向朝向地面表面的方向。
F3.根据实施方案F1所述的设备,其中基底表面包括固定结构(在一些实施方案中,建筑物外壁或建筑物的热交换器)的竖直表面,并且第二元件外表面面向朝向地面表面的方向。
因此,公开了多表面无源冷却制品的各种实施方案。虽然本文参考了形成本公开的一部分的一组附图,但本领域的至少普通技术人员将会知道,本文所述实施方案的各种改编和修改在本公开的范围内或不脱离本公开的范围。例如,本文所述的实施方案的方面可彼此以多种方式进行组合。因此,应当理解,在所附权利要求的范围内,要求保护的本发明可以不同于本文明确描述的方式来实施。
本文引用的专利、专利文献和公布的全部公开内容均全文以引用方式并入,如同每个文件都单独引用一样。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文献中的公开内容之间存在任何冲突或矛盾,则将以所写的本说明书为准。在不脱离本公开的范围和实质的情况下,对本公开进行的各种变型和更改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。应当理解,本公开并不旨在受本文中示出的例示性实施方案和实施例的不当限制,并且此类实施例和实施方案仅以举例的方式呈现,本公开的范围旨在仅受本文中如下示出的权利要求书的限制。
Claims (25)
1.一种无源冷却制品,所述无源冷却制品包括:
限定第一元件外表面的多个第一元件,所述多个第一元件限定在8微米至13微米的大气窗波长范围内大于或等于0.6的第一吸光度,并且限定在0.4微米至2.5微米的太阳波长范围内大于或等于80%的第一平均反射率;以及
限定第二元件外表面的多个第二元件,所述多个第二元件限定在所述大气窗波长范围内小于或等于0.5的第二吸光度,并且限定在所述太阳波长范围内大于或等于60%的第二平均反射率;
其中所述多个第一元件和所述多个第二元件散置以形成主结构,所述主结构具有包括所述第一元件外表面和所述第二元件外表面的第一主表面,以及与所述第一主表面相反的第二主表面;
其中所述主结构具有第一端部区域和第二端部区域,其中所述第一元件外表面面向朝向所述第一端部区域的第一方向,并且所述第二元件外表面面向朝向所述第二端部区域的第二方向。
2.根据权利要求1所述的制品,其中所述多个第一元件限定在4微米至20微米的中红外波长范围内的所述第一吸光度。
3.根据权利要求1或2所述的制品,其中垂直于所述第一元件外表面的至少一部分的第一矢量与垂直于所述第二元件外表面的至少一部分的第二矢量限定元件间角度,其中所述元件间角度大于或等于15度且小于或等于165度。
4.根据权利要求3所述的制品,其中垂直于所述第二主表面的至少一部分的主表面矢量与所述第一矢量限定第一元件角度,其中所述第一元件角度大于或等于15度且小于或等于75度。
5.根据权利要求4所述的制品,其中所述主表面矢量与所述第二矢量限定第二元件角度,其中所述第二元件角度大于或等于15度且小于或等于75度。
6.根据任一前述权利要求所述的制品,其中所述多个第一元件包括以下中的一者或多者:致密含氟聚合物层,微孔含氟聚合物层,至少部分地被致密含氟聚合物层覆盖的致密聚酯层,至少部分地被致密含氟聚合物层覆盖的微孔聚酯层,至少部分地限定在所述太阳波长范围内的所述第一反射率的多层光学膜,以及至少部分地限定在所述太阳波长范围内的所述第一反射率的金属层。
7.根据任一前述权利要求所述的制品,其中所述多个第二元件包括以下中的一者或多者:致密聚乙烯层,致密聚乙烯共聚物层,微孔聚乙烯层,微孔聚乙烯共聚物层,限定小于或等于10微米的厚度的含氟聚合物层,包含金属的涂层,至少部分地限定在所述大气窗波长范围内的所述第二吸光度的红外镜膜,至少部分地限定在所述大气窗波长范围内的所述第二吸光度的图形层,至少部分地被至少部分地限定在所述大气窗波长范围内的所述第二吸光度的红外镜膜覆盖的图形层,以及至少部分地限定在所述太阳波长范围内的所述第一反射率的金属层。
8.根据权利要求7所述的制品,其中所述图形层包括以下中的一者或多者:聚氯乙烯层,聚乙烯共聚物层,微孔聚乙烯共聚物层,以及至少部分地被致密聚乙烯共聚物层覆盖的微孔聚乙烯。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的制品,其中所述多个第一元件中的至少一些第一元件包括第一支撑层和第一外层,所述第一外层至少部分地限定所述第一吸光度并且至少部分地覆盖所述第一支撑层的外表面以至少部分地限定所述第一元件外表面,其中所述多个第二元件中的至少一些第二元件包括第二支撑层和第二外层,所述第二外层至少部分地限定所述第二吸光度并且至少部分地覆盖所述第二支撑层的外表面以至少部分地限定所述第二元件外表面。
10.根据权利要求9所述的制品,其中所述第一支撑层、所述第二支撑层或两者包括限定相应平均反射率的反射器。
11.根据权利要求10所述的制品,其中所述反射器中的至少一些反射器限定漫反射器。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的制品,其中所述第一支撑层和所述第二支撑层一体地形成为单件材料。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的制品,其中所述第一外层中的至少一些第一外层包括以下中的一者或多者:致密含氟聚合物层,微孔含氟聚合物层,至少部分地被致密含氟聚合物层覆盖的致密聚乙烯层,至少部分地被致密含氟聚合物层覆盖的微孔聚乙烯层,至少部分地限定在所述太阳波长范围内的所述第一反射率的多层光学膜,以及至少部分地限定在所述太阳波长范围内的所述第一反射率的金属层。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的制品,其中所述第一支撑层或所述第二支撑层中的至少一些包括金属层。
15.根据权利要求14所述的制品,其中所述第一外层包含致密含氟聚合物并且所述第二外层包含致密聚乙烯。
16.根据权利要求9至13中任一项所述的制品,其中所述第一支撑层、所述第二支撑层或两者包括聚合物层。
17.根据权利要求16所述的制品,其中所述第一外层包括至少部分地限定所述第一吸光度和所述第一平均反射率的多层光学膜。
18.根据权利要求17所述的制品,其中所述第一外层包括至少部分地限定所述第一吸光度和所述第一平均反射率的微孔含氟聚合物层。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的制品,其中所述第二外层包括至少部分地限定所述第二吸光度和所述第二平均反射率的微孔层,其中所述微孔层包含聚乙烯或聚乙烯共聚物。
20.根据权利要求9至13中任一项所述的制品,其中所述第二外层包括至少部分地限定所述第二吸光度的红外镜膜,并且所述多个第二元件还包括图形层,其中所述红外镜膜至少部分地覆盖所述图形层,其中所述图形层一起限定视觉图形。
21.根据权利要求20所述的制品,其中所述红外镜膜在0.3微米至0.8微米的可见波长范围内限定小于30%的平均透射度。
22.根据任一前述权利要求所述的制品,其中所述多个第一元件包括具有至多50微米的有效D90粒度的无机颗粒阵列。
23.根据任一前述权利要求所述的制品,其中所述第一外表面或所述第二外表面中的至少一些限定离散表面纳米结构的阵列,每个离散表面纳米结构限定各自小于1微米的高度尺寸和宽度尺寸。
24.一种设备,所述设备包括:
能够被冷却的基底,所述基底包括被配置为暴露于太阳能的基底表面的至少一部分;以及
根据前述权利要求中任一项所述的制品,所述制品覆盖所述基底表面的至少所述部分,以反射指向所述基底表面的太阳能。
25.根据权利要求24所述的设备,其中所述基底表面包括车辆或固定结构的竖直表面,并且所述第二元件外表面面向朝向地面表面的方向。
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