CN217258844U - 基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜 - Google Patents
基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及基于仿生玫瑰花瓣结构的可见‑近红外分频型辐射制冷薄膜，属于辐射制冷技术领域，为解决现有辐射制冷材料无法兼顾采光和制冷性能的问题，本发明提供了基于仿生玫瑰花瓣结构的可见‑近红外分频型辐射制冷薄膜，包括自上而下设置的仿生玫瑰花瓣结构的透明仿生结构层和多层薄膜结构层，透明仿生结构层表面呈阵列分布有第一锥体结构；第一锥体结构的表面呈阵列分布有第二锥体结构。本发明实现了辐射制冷薄膜对太阳辐射能量选择性透过，实现可见‑近红外波段分频功能和大气窗口高发射性能，能够兼顾采光和制冷性能，从而拓宽了辐射制冷材料的适用范围。
Description
技术领域
本发明属于辐射制冷技术领域，尤其涉及基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜。
背景技术
辐射制冷技术作为一种环境友好型零能耗被动式制冷技术，能够有效减少现有常规制冷产生的能源消耗，缓解能源与环境危机，拥有广阔的应用前景。其中日间辐射制冷技术通过强烈反射太阳辐射能量(0.3-2.5μm)和利用大气窗口(8-13μm)与外层空间辐射换热，在无需任何能量消耗的情况下即可实现低于空气温度的降温。现有用于日间辐射制冷的材料有辐射制冷涂层、辐射制冷薄膜、多孔聚合物结构材料和木结构材料，已应用于建筑外墙、大型油库、冷链运输、飞机廊桥、人体热管理等领域，且实现了可观的制冷功率。
但现有日间辐射制冷材料对全光谱太阳辐射能量进行了无差别的强烈反射，未能考虑应用场景对采光和外观的要求，无法适用于对采光和外观要求较高的玻璃屋顶、光伏电池、汽车车窗等场景。这些场景中应用的辐射制冷材料不仅需要提升大气窗口波段的发射率，还需要考虑可见光波段的透过率。少数考虑可见光高透射性能的辐射制冷涂层却未能屏蔽近红外热量对制冷负荷的不利影响。因此，亟需开发一种能够对太阳辐射能量进行选择性透过和具有大气窗口高发射率性能的新型辐射制冷材料。
发明内容
为解决现有辐射制冷材料无法兼顾采光和制冷性能的问题，本发明提供了基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜。
本发明的技术方案：
基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜，包括自上而下设置的仿生玫瑰花瓣结构的透明仿生结构层和多层薄膜结构层，
所述透明仿生结构层表面呈阵列等距分布有第一锥体结构；
所述第一锥体结构的表面呈阵列等距分布有第二锥体结构；
所述第一锥体结构和第二锥体结构的高度比为5～20:0.5～1.5；
所述多层薄膜结构层包括自上而下设置的透明制冷层、SiO2缓冲层、ITO分频层和SiO2基底层。
进一步的，所述第一锥体结构为底边至少有三条边的棱锥结构或圆锥结构。
进一步的，所述第一锥体结构为三棱锥结构、四棱锥结构或圆锥结构。
进一步的，所述第二锥体结构为底边至少有三条边的棱锥结构或圆锥结构。
进一步的，所述第二锥体结构为三棱锥结构、四棱锥结构或圆锥结构。
进一步的，所述透明制冷层、SiO2缓冲层、ITO分频层和SiO2基底层的厚度比为5～100：0.5～5：0.5～4：0.5～5。
进一步的，所述透明仿生结构层和所述透明制冷层的制备原料均为PDMS、PMMA、PVDF或PET中的一种。
本发明的有益效果：
本发明利用仿生玫瑰花瓣结构和多种薄膜结构复合时的综合光学性能，实现了辐射制冷薄膜对太阳辐射能量选择性透过，实现可见-近红外波段分频功能和大气窗口高发射性能，能够兼顾采光和制冷性能，从而拓宽了辐射制冷技术的适用范围。
通过基于现代电磁理论的时域有限差分法(FDTD)计算得出，本发明提供的辐射制冷薄膜对近红外波段光线的平均透过率最低仅为7.8％，同时对可见光的平均透过率最高可达85.7％，大气窗口平均发射率最高可达98.8％。使用该薄膜能够使辐射制冷技术能够应用到对采光和外观要求较高的设施中，如各类大型商业建筑、太阳能电池以及汽车车窗等场景。
附图说明
图1为基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜的结构示意图；
图中，1、透明仿生结构层，1-1、第一锥体结构，1-2第二锥体结构，2、多层薄膜结构层，2-1、透明制冷层，2-2、SiO2缓冲层，2-3、ITO分频层，2-4、SiO2基底层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置，若未特别指明，本发明实施例中所用的原料等均可市售获得；若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例提供了一种基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜。
本实施例的辐射制冷薄膜包括仿生玫瑰花瓣结构的透明仿生结构1和多层薄膜结构层2，
透明仿生结构1为第一锥体结构1-1且呈阵列等距分布在所述多层薄膜结构层2上表面；第一锥体结构1-1的表面呈阵列等距分布有第二锥体结构1-2。
本实施例中第一锥体结构1-1为正四棱锥结构，其底边长度为10μm，高度为11μm；第二锥体结构1-2为正四棱锥结构，其底边长度为1μm，高度为1.5μm。
本实施例中多层薄膜结构层2包括自上而下设置的透明制冷层2-1、SiO2缓冲层2-2、ITO(氧化铟锡)分频层2-3和SiO2基底层2-4。其中透明制冷层2-1的厚度为15μm，SiO2缓冲层2-2的厚度为5μm，ITO分频层2-3的厚度为3.5μm，SiO2基底层2-4的厚度为5μm。
本实施例中透明仿生结构和透明制冷层均由PDMS(聚二甲基硅氧烷)制备。
本实施例中，透明仿生结构的形状和大小是在天然玫瑰花瓣的基础上设计的，而天然玫瑰花瓣的表面结构由锥体和纳米褶皱等微观结构组成。仿生这种结构制备的透明仿生结构具有减少可见光反射损失和提升大气窗口发射率的作用。
多层薄膜结构层中SiO2基底层具有保护ITO分频层、当辐射制冷薄膜与透明玻璃贴合时减少可见光反射损失的作用，ITO分频层具有阻隔太阳光中近红外辐射的作用，SiO2缓冲层具有减小辐射制冷薄膜内部的折射率变化、提升可见光透射率的作用，透明制冷层具有提升大气窗口发射率、增强制冷效果的作用。
利用仿生玫瑰花瓣结构和多种薄膜结构复合时的综合光学性能，能够实现辐射制冷薄膜对太阳辐射能量选择性透过，实现可见-近红外波段分频功能和大气窗口高发射性能，使辐射制冷薄膜能够兼顾采光和制冷性能。
实施例2
本实施例提供了一种基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜。
本实施例的辐射制冷薄膜包括仿生玫瑰花瓣结构的透明仿生结构1和多层薄膜结构层2，
透明仿生结构1为第一锥体结构1-1且呈阵列分布在所述多层薄膜结构层2上表面；第一锥体结构1-1的表面呈阵列分布有第二锥体结构1-2。
本实施例中第一锥体结构1-1为正四棱锥结构，其底边长度为8μm，高度为6μm；第二锥体结构1-2为正四棱锥结构，其底边长度为0.8μm，高度为1μm。
本实施例中多层薄膜结构层2包括自上而下设置的透明制冷层2-1、SiO2缓冲层2-2、ITO(氧化铟锡)分频层2-3和SiO2基底层2-4。其中透明制冷层2-1的厚度为5μm，SiO2缓冲层2-2的厚度为3μm，ITO分频层2-3的厚度为2.5μm，SiO2基底层2-4的厚度为3μm。
本实施例中透明仿生结构和透明制冷层均由PDMS(聚二甲基硅氧烷)制备。
实施例3
本实施例提供了一种基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜。
本实施例的辐射制冷薄膜包括仿生玫瑰花瓣结构的透明仿生结构1和多层薄膜结构层2，
透明仿生结构1为第一锥体结构1-1且呈阵列分布在所述多层薄膜结构层2上表面；第一锥体结构1-1的表面呈阵列分布有第二锥体结构1-2。
本实施例中第一锥体结构1-1为正四棱锥结构，其底边长度为8μm，高度为6μm；第二锥体结构1-2为正四棱锥结构，其底边长度为0.8μm，高度为1μm。
本实施例中多层薄膜结构层2包括自上而下设置的透明制冷层2-1、SiO2缓冲层2-2、ITO(氧化铟锡)分频层2-3和SiO2基底层2-4。其中透明制冷层2-1的厚度为11μm，SiO2缓冲层2-2的厚度为3μm，ITO分频层2-3的厚度为2μm，SiO2基底层2-4的厚度为3μm。
本实施例中透明仿生结构和透明制冷层均由PDMS(聚二甲基硅氧烷)制备。
Claims (7)
1.基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜，其特征在于，包括自上而下设置的仿生玫瑰花瓣结构的透明仿生结构层(1)和多层薄膜结构层(2)，
所述透明仿生结构层(1)表面呈阵列等距分布有第一锥体结构(1-1)；
所述第一锥体结构(1-1)的表面呈阵列等距分布有第二锥体结构(1-2)；
所述第一锥体结构(1-1)和第二锥体结构(1-2)的高度比为5～20:0.5～1.5；
所述多层薄膜结构层(2)包括自上而下设置的透明制冷层(2-1)、SiO2缓冲层(2-2)、ITO分频层(2-3)和SiO2基底层(2-4)。
2.根据权利要求1所述基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜，其特征在于，所述第一锥体结构(1-1)为底边至少有三条边的棱锥结构或圆锥结构。
3.根据权利要求1所述基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜，其特征在于，所述第一锥体结构(1-1)为三棱锥结构、四棱锥结构或圆锥结构。
4.根据权利要求1所述基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜，其特征在于，所述第二锥体结构(1-2)为底边至少有三条边的棱锥结构或圆锥结构。
5.根据权利要求1所述基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜，其特征在于，所述第二锥体结构(1-2)为三棱锥结构、四棱锥结构或圆锥结构。
6.根据权利要求1所述基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜，其特征在于，所述透明制冷层(2-1)、SiO2缓冲层(2-2)、ITO分频层(2-3)和SiO2基底层(2-4)的厚度比为5～100：0.5～5：0.5～4：0.5～5。
7.根据权利要求1所述基于仿生玫瑰花瓣结构的可见-近红外分频型辐射制冷薄膜，其特征在于，所述透明仿生结构层(1)和所述透明制冷层(2-1)的制备原料均为PDMS、PMMA、PVDF或PET中的一种。
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