CN213291604U - 辐射制冷薄膜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种辐射制冷薄膜，用于贴附在物体表面，包括从上至下依次层叠设置的基膜层、制冷层和反射层，所述制冷层中分布设有制冷粒子，所述反射层包括结构层和金属层，所述结构层的上表面与所述制冷层的下表面贴合，所述金属层仿形设置在所述结构层的下表面，所述反射层的底部设有微结构。本实用新型的辐射制冷薄膜，通过在反射层的底部设置微结构形成陷光结构，使金属层表面在等离子激元和陷光结构的作用下进一步俘获可见光和近红外光，将光更多的转化为特定波长的红外辐射，提高辐射的转化效率，从而有效制冷；同时，本实用新型将制冷粒子与具有微结构的金属层等离子共振结合，使辐射制冷薄膜具有更好的红外辐射制冷效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及辐射制冷技术领域，特别是涉及一种辐射制冷薄膜。
背景技术
辐射制冷是一种利用特定波长的载热红外辐射可以不受阻碍地穿过地球大气辐射到太空的特性，把不需要的热量转化为特定波长的红外线，然后把它们永久抛入外太空的制冷方式。
其中，太阳光的能量分布中，可见光(400-700nm)和近红外光(700-2500nm)的能量约占95％，同时大气层对于8-13um波长范围内的热辐射具有较高透射率(平均透射率为85％，该波段被称之为大气窗口)，如果能够尽量增强物体表面在“大气窗口”波段的热辐射，同时尽可能地减小物体表面对于太阳光中的可见光波段和近红外光波段的热辐射的吸收，则有可能达到制冷目的。
现有技术方案中大部分的辐射制冷薄膜旨在通过提高其对于太阳光的反射率从而提高其散热效率，但是散热效果不明显，在实际运用中，辐射制冷薄膜在短时间内可能起到一定的散热制冷效果，但随着光照时间的加长，辐射制冷薄膜的散热制冷效果明显受到限制，导致被贴附物体的温度仍逐步升高。例如，将辐射制冷薄膜贴附到建筑物外墙的玻璃上来实现建筑物的降温，由于辐射制冷薄膜不能完全的反射太阳光，故有部分太阳光会透射到室内，随着日照时间的加长，室内的温度仍然会逐渐升高，导致辐射制冷薄膜的辐射制冷效率受到影响。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种辐射制冷薄膜，旨在解决上述背景技术存在的不足，既加强对可见光和近红外光的俘获并将其转换为红外辐射，同时对于光线具有良好的反射效果，从而提高红外辐射制冷效果。
本实用新型提供一种辐射制冷薄膜，用于贴附在物体表面，包括从上至下依次层叠设置的基膜层、制冷层和反射层，所述制冷层中分布设有制冷粒子，所述反射层包括结构层和金属层，所述结构层的上表面与所述制冷层的下表面贴合，所述金属层仿形设置在所述结构层的下表面，所述反射层的底部设有微结构。
进一步地，所述微结构具体为：所述结构层的下表面间隔分布设有朝向所述制冷层向内凹陷的第一凹陷部，所述金属层于对应所述第一凹陷部的位置设有朝向所述制冷层向内凹陷的第二凹陷部，所述第一凹陷部与所述第二凹陷部对应相贴合，所述第一凹陷部与所述第二凹陷部的最大深度为100nm-100um。
进一步地，所述微结构具体为：所述结构层的下表面间隔分布设有远离所述制冷层向外凸起的第一凸起部，所述金属层于对应所述第一凸起部的位置设有远离所述制冷层向外凸起的第二凸起部，所述第一凸起部与所述第二凸起部对应相贴合，所述第一凸起部与所述第二凸起部的最大高度为100nm-100um。
进一步地，所述基膜层的上表面设有微纳阵列结构，所述微纳阵列结构具体为：所述基膜层的上表面间隔分布设有向内凹陷的第三凹陷部，所述第三凹陷部的最大深度为1nm-1um。
进一步地，所述制冷层的材质为TPX、PET、PBT、PP、PE、PC、PS、PVC或PMMA中的一种或几种。
进一步地，所述制冷粒子的材质为TiO2、SiO2、SiC、CaCO3或BaSO4中的一种或几种。
进一步地，所述制冷层的材质为PMMA，所述制冷粒子的材质为TiO2。
进一步地，所述制冷层的厚度为20-50um，所述制冷粒子的粒径为1um-30um。
进一步地，所述结构层的材质为TPX、PET、PBT、PP、PE、PC、PS、PVC或PMMA中的一种或几种。
进一步地，所述金属层的厚度为100nm-400nm，所述金属层的材质为Ag、Al或Ni。
本实用新型的辐射制冷薄膜，通过在反射层的底部设置微结构形成陷光结构，使金属层表面在等离子激元和陷光结构的作用下进一步俘获可见光和近红外光，将光更多的转化为特定波长的红外辐射，提高辐射的转化效率，从而有效制冷；同时，本实用新型将制冷粒子与具有微结构的金属层等离子共振结合，使辐射制冷薄膜具有更好的红外辐射制冷效果。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例中辐射制冷薄膜的结构示意图。
图2为对比实施例中辐射制冷薄膜的结构示意图。
图3为本实用新型第二实施例中辐射制冷薄膜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
第一实施例
如图1所示，本实用新型第一实施例提供的辐射制冷薄膜，可以应用于公共建筑、厂房、阴凉库、汽车、太阳能光伏、电子设备降温、低温存储罐体、户外用品、冷链运输、农牧水产业、室外柜体等领域，该辐射制冷薄膜贴附在物体表面，可起到一定的制冷降温作用。该辐射制冷薄膜包括从上至下依次层叠设置的基膜层1、制冷层2和反射层3，其中，反射层3包括结构层31和金属层32，结构层31的上表面与制冷层2的下表面贴合，金属层32仿形设置在结构层31的下表面，反射层3的底部设有微结构，制冷层2中分布设有制冷粒子21。
一般地，可以从以下两个方面来改进辐射制冷薄膜的制冷散热效果：
1、提高辐射制冷薄膜对光的反射率。辐射制冷薄膜贴附在待降温物体表面，其远离被贴附物体表面的一侧一般接受太阳光的照射，故提高辐射制冷薄膜于远离被贴附物体表面的一侧对光的反射率即可减少物体接受到太阳光辐射的机会，提高制冷效果；
2、提高辐射制冷薄膜的红外辐射转化效率。
本实用新型通过在反射层3上设置微结构形成陷光结构，使金属层32表面在等离子激元和陷光结构的作用下进一步俘获可见光和近红外光，将光更多的转化为特定波长的红外辐射，提高辐射的转化效率，从而有效制冷。具体地，辐射制冷薄膜贴附在待降温物体表面，其靠近物体表面的一侧接受来自物体的热辐射(一般的热辐射主要靠可见光和近红外光传播，可见光的波长范围为400-700nm，近红外光的波长范围为700-2500nm，中红外光的波长范围为2500nm-25000nm)，故提高辐射制冷薄膜于靠近物体表面的一侧对于可见光和近红外光的俘获，即提高辐射制冷薄膜对于物体表面热辐射的吸收，即可提高将可见光和近红外光转化为中红外光(波长范围2.5um-25um)的转化效率，而“大气窗口”的波段(8～13um)处于中红外光的波段中，故提高了将可见光和近红外光转化为“大气窗口”波段光线的转化效率，同时大气层对于8～13um波长范围内的热辐射具有较高的透射率，即可将物体表面的热量发散出去，提高散热制冷效果。
其中，等离子激元是一种在金属介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡，具有近场增强、表面受限、短波长等特性。
本实施例中，反射层3底部的微结构具体为：结构层31的下表面间隔分布设有朝向制冷层2向内凹陷的第一凹陷部311，金属层32于对应第一凹陷部311的位置设有朝向制冷层2向内凹陷的第二凹陷部321，第一凹陷部311与第二凹陷部321对应相贴合。
优选地，结构层31的下表面通过压印的方式形成第一凹陷部311，金属层32通过仿形真空镀贴合在结构层31的下表面，即在反射层3底部形成微结构。真空镀主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型，它们都是在真空条件下，通过蒸馏或溅射等方式在塑件表面沉积各种金属和非金属薄膜，通过这样的方式可以得到非常薄的表面镀层，同时具有速度快、附着力好的优点。
优选地，第一凹陷部311与第二凹陷部321的最大深度为100nm-100um。
进一步地，金属层32的厚度为100nm-400nm。
进一步地，金属层32的材质为Ag、Al或Ni，更优选地，金属层32的材质为Al。
进一步地，基膜层1的上表面设有微纳阵列结构，微纳阵列结构具体为：基膜层1的上表面间隔分布设有向内凹陷的第三凹陷部11。
具体地，基膜层1上表面的第三凹陷部11形成量子阱，当太阳光照射到辐射制冷薄膜上，太阳光中的光子晶体可与量子阱结合，设计辐射系数，从而将辐射能量集中在中红外波段，提高辐射制冷效率。
优选地，第三凹陷部11均匀的分布在基膜层1的上表面。
优选地，第三凹陷部11的最大深度为1nm-1um，更优选地，第三凹陷部11的最大深度为10nm。也可以根据实际需求设计微纳阵列结构的尺寸，以得到相应的辐射系数，从而将辐射能量集中在中红外波段，在制冷粒子21作用的基础上进一步提高辐射制冷的效率。
在本实施例中，基膜层1的上表面通过压印的方式形成微纳阵列结构，且第三凹陷部11的深度为10nm。
进一步地，制冷层2为树脂层，其材质可选用TPX(聚4-甲基戊烯-1)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)、PVC(聚氯乙烯)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一种或几种，但不限于此。
进一步地，制冷粒子21的材质可选用TiO2、SiO2、SiC、CaCO3或BaSO4中的一种或几种。制冷粒子21在8～13um波段具有高发射率，使得制冷层2能够将热量以红外辐射的方式通过“大气窗口”发射出。
优选地，制冷粒子21的粒径为1um-30um，更优选地，制冷粒子21为粒径10um的TiO2粒子。
优选地，制冷粒子21的形状可以是但不限于球形、多边形、椭球形，制冷粒子21均匀的分散在制冷层2中。
优选地，制冷层2的厚度为20-50um。
进一步地，结构层31的材质为UV光固化涂料或热固性涂料，但不限于此。
在本实施例中，制冷层2的材质为PMMA树脂，制冷粒子21为粒径10um的TiO2粒子，先将TiO2粒子分散在PMMA树脂中，然后将分散有TiO2粒子的PMMA树脂涂布在基膜层1的下表面，涂布的厚度为30um，制冷粒子21将辐射能量集中在中红外波段，从而实现红外辐射。
在本实施例中，在制冷层2的下表面涂布树脂并在树脂的下表面通过压印的方式形成第一凹陷部311，从而形成结构层31，其中第一凹陷部311的最大深度为1um，然后在结构层31的下表面仿形真空镀金属层32，例如Ag、Al、Ni等，本实施例中金属层32具体为厚度100nm的Al层，其表面具有与结构层31仿形的微结构，形成第二凹陷部321。金属层32一方面可反射太阳光，减少对来自太阳光中的可见光波段和近红外光波段的热辐射的吸收，另一方面金属层32表面的第二凹陷部321形成的表面等离子激元和陷光结构可增加室内或物体表面的可见光和近红外光入射到辐射制冷薄膜内的透过率，减少反射层3对于室内或物体表面的红外光的反射，从而增加光俘获，使得室内或物体的热量转化为红外辐射的效率提高。
如图2所示的对比实施例，对比实施例与本实施例的结构大致相同，对比实施例包括从上至下依次层叠设置的基膜层41、制冷层42及反射层43，制冷层42中设置有制冷粒子421，反射层43包括结构层431及金属层432，两者的区别在于：对比实施例中基膜层41的上表面没有设置微纳阵列结构，反射层43的底部也没有设置微结构。
对本实施例与对比实施例的辐射制冷薄膜进行反射率R(400nm～2500nm波段)和红外辐射率E(8um～13um波段)测试对比，其结果如表1所示，测试结果表明本实施例相对于对比实施例具有更好的反射率R和红外辐射率E，即本实施例的辐射制冷效果更好。
表1
| 项目 | 实施例 | 对比例 |
| R(％) | 98.5 | 90 |
| E(％) | 96 | 87 |
同时，取两个相同的样品，样品1上贴附本实施例的辐射制冷薄膜，样品2上贴附对比实施例的辐射制冷薄膜，将两个样品在同等条件下模拟太阳光照射，每隔一小时测试一次温度，其温度测试结果如表2所示，测试结果表明本实施例相对于对比实施例具有更好的辐射制冷效果。
表2
| 测试时间 | 样品1(℃) | 样品2(℃) |
| 0h | 20 | 20 |
| 1h后 | 25.1 | 26 |
| 2h后 | 30.2 | 31.5 |
| 3h后 | 32.3 | 33.2 |
| 4h后 | 32.5 | 36.3 |
本实用新型提供的辐射制冷薄膜，其优点在于：
1、通过在反射层3的底部设置微结构形成陷光结构，使金属层32的表面在等离子激元和陷光结构的作用下进一步俘获可见光和近红外光，将可见光和近红外光更多的转化为特定波长的红外辐射，提高辐射的转化效率，从而有效制冷；
2、将制冷粒子21与具有微结构的金属层32等离子共振结合，使辐射制冷薄膜具有更好的红外辐射制冷效果；
3、通过在基膜层1的表面设置微纳阵列结构，进一步加强辐射效率，提高红外辐射制冷效果。
第二实施例
如图3所示，本实用新型第二实施例提供的辐射制冷薄膜与第一实施例的结构大致相同，不同点在于反射层3底部的微结构的结构不同。
具体地，本实施例中，反射层3底部的微结构具体为：结构层31的下表面间隔分布设有远离制冷层2向外凸起的第一凸起部312，金属层32于对应第一凸起部312的位置设有远离制冷层2向外凸起的第二凸起部322，第一凸起部312与第二凸起部322对应相贴合。
优选地，第一凸起部312与第二凸起部322的最大高度为100nm-100um。
当然，微结构也可以为凹陷部和凸起部交替分布的结构，还可以为其它陷光结构，在此不做限定。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种辐射制冷薄膜，用于贴附在物体表面，其特征在于，包括从上至下依次层叠设置的基膜层(1)、制冷层(2)和反射层(3)，所述制冷层(2)中分布设有制冷粒子(21)，所述反射层(3)包括结构层(31)和金属层(32)，所述结构层(31)的上表面与所述制冷层(2)的下表面贴合，所述金属层(32)仿形设置在所述结构层(31)的下表面，所述反射层(3)的底部设有微结构。
2.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述微结构具体为：所述结构层(31)的下表面间隔分布设有朝向所述制冷层(2)向内凹陷的第一凹陷部(311)，所述金属层(32)于对应所述第一凹陷部(311)的位置设有朝向所述制冷层(2)向内凹陷的第二凹陷部(321)，所述第一凹陷部(311)与所述第二凹陷部(321)对应相贴合，所述第一凹陷部(311)与所述第二凹陷部(321)的最大深度为100nm-100um。
3.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述微结构具体为：所述结构层(31)的下表面间隔分布设有远离所述制冷层(2)向外凸起的第一凸起部(312)，所述金属层(32)于对应所述第一凸起部(312)的位置设有远离所述制冷层(2)向外凸起的第二凸起部(322)，所述第一凸起部(312)与所述第二凸起部(322)对应相贴合，所述第一凸起部(312)与所述第二凸起部(322)的最大高度为100nm-100um。
4.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述基膜层(1)的上表面设有微纳阵列结构，所述微纳阵列结构具体为：所述基膜层(1)的上表面间隔分布设有向内凹陷的第三凹陷部(11)，所述第三凹陷部(11)的最大深度为1nm-1um。
5.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述制冷层(2)的材质为TPX、PET、PBT、PP、PE、PC、PS、PVC或PMMA。
6.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述制冷粒子(21)的材质为TiO2、SiO2、SiC、CaCO3或BaSO4。
7.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述制冷层(2)的材质为PMMA，所述制冷粒子(21)的材质为TiO2。
8.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述制冷层(2)的厚度为20-50um，所述制冷粒子(21)的粒径为1um-30um。
9.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述结构层(31)的材质为UV光固化涂料或热固性涂料。
10.如权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于，所述金属层(32)的厚度为100nm-400nm，所述金属层(32)的材质为Ag、Al或Ni。
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| CN202021049373.5U CN213291604U (zh) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | 辐射制冷薄膜 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113527740A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-22 | 伊诺福科光学技术有限公司 | 一种具有表面周期性微纳结构的辐射制冷薄膜及制备方法 |
| CN115572399A (zh) * | 2022-10-09 | 2023-01-06 | 南京特殊教育师范学院 | 一种被动辐射冷却薄膜及其制备方法 |
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- 2020-06-09 CN CN202021049373.5U patent/CN213291604U/zh active Active
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| WO2023284350A1 (zh) * | 2021-07-15 | 2023-01-19 | 伊诺福科光学技术有限公司 | 一种具有表面周期性微纳结构的辐射制冷薄膜及制备方法 |
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