(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910812748.4
(22)申请日 2019.08.30
(71)申请人 哈尔滨工业大学
地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西
大直街92号
(72)发明人 王亚明 陈国梁 裘俊 欧阳家虎
贾德昌 周玉
(74)专利代理机构 北京隆源天恒知识产权代理
事务所(普通合伙) 11473
代理人 陈雪飞
(51)Int.Cl.
C09K 5/14(2006.01)
C08J 5/18(2006.01)
C08L 23/20(2006.01)
C08K 9/06(2006.01)
C08K 3/36(2006.01)C08L 27/12(2006.01)C08K 9/04(2006.01)C08K 3/34(2006.01)C08L 33/12(2006.01)C08K 3/30(2006.01)C08K 3/38(2006.01)C08L 25/06(2006.01)C08K 3/26(2006.01)C08K 3/32(2006.01)C08K 3/22(2006.01) (54)发明名称
及应用
(57)摘要
本发明提供了一种透射型辐射制冷材料、薄
膜、制备方法及其制备方法，涉及辐射制冷技术
领域，所述透射型辐射制冷材料，包括高分子基
子基材和所述陶瓷颗粒的体积比为2-20:1，
且所述陶瓷颗粒的粒径小于太阳光谱波长。与现有技
术比较，本发明透射型辐射制冷薄膜只需单层膜
结构即可实现太阳光利用、辐射散热及疏水自清
洁功能，且成本低、稳定性好，其太阳光谱(波长
范围0.3-2.5μm )透过率大于80％，热红外波段
(波长范围2.5-20μm )发射率大于90％，辐射制
冷效率达到30-120W/m 2，在保证阳光透过利用的
同时具有良好的辐射散热制冷效果，且具有超疏
水性能，其静态接触角的平均值大于150°，滚动
角小于5°
。权利要求书1页 说明书8页 附图2页CN 110452668 A 2019.11.15
C N 110452668
A
1.一种透射型辐射制冷材料，其特征在于，包括高分子基材和分散于所述高分子基材中的陶瓷颗粒，所述高分子基材和所述陶瓷颗粒的体积比为2-20:1，且所述陶瓷颗粒的粒径小于太阳光谱波长。
2.根据权利要求1所述的透射型辐射制冷材料，其特征在于，所述高分子基材和所述陶瓷颗粒的折射率差值小于0.5。
3.根据权利要求1所述的透射型辐射制冷材料，其特征在于，所述高分子基材是PEVE、TPX、PMMA或PS。
4.根据权利要求1所述的透射型辐射制冷材料，其特征在于，所述陶瓷颗粒选自元素周期表中的第Ⅲ、Ⅳ主族氧化物、第Ⅲ主族氮化物、稀土硅酸盐、第Ⅱ主族碳酸盐、第Ⅱ主族硫酸盐和第Ⅲ主族磷酸盐中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的透射型辐射制冷材料，其特征在于，所述陶瓷颗粒选自Al 2O 3、SiO 2、BN、BaSO 4、BaCO 3、Y 2SiO 5和AlPO 4中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的透射型辐射制冷材料，其特征在于，所述陶瓷颗粒的粒径范围为5nm -300nm。
7.一种透射型辐射制冷薄膜，其特征在于，所述薄膜根据权利要求1-6任一项所述的透射型辐射制冷材料制备而成。
8.根据权利要求7所述的透射型辐射制冷薄膜，其特征在于，所述薄膜的厚度范围为10-200μm。
9.一种根据权利要求7或8所述的透射型辐射制冷薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：利用溶胶凝胶法或固相反应法制备陶瓷颗粒；
步骤S2：利用表面修饰剂对步骤S1所述的陶瓷颗粒进行表面修饰；
步骤S3：将表面修饰后的所述陶瓷颗粒与高分子基材混合均匀后，采用流延成膜或注塑成膜的工艺制得所述薄膜。
10.根据权利要求9所述的透射型辐射制冷薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的表面修饰的方法包括以下步骤：
S21：将所述陶瓷颗粒置于所述表面修饰剂与无水乙醇的混合溶液中浸泡60-180min；S22：离心、洗涤后置于80-150℃的烘箱中干燥20-60min，取出后冷却至室温。
11.根据权利要求9所述的透射型辐射制冷薄膜的制备方法，其特征在于，所述表面修饰剂选自氟硅烷、甲基硅烷、乙氧基硅烷、十四酸、十六酸和十八酸中的一种或几种。
12.一种根据权利要求7或8所述的透射型辐射制冷薄膜在应用器件上的应用，其特征在于，所述应用器件包括太阳能电池、建筑物玻璃、汽车车窗、大棚薄膜或通讯设备。
权 利 要 求 书1/1页CN 110452668 A
一种透射型辐射制冷材料、薄膜、制备方法及应用
技术领域
[0001]本发明涉及辐射制冷技术领域，具体而言，涉及一种透射型辐射制冷材料、薄膜、制备方法及其制备方法。
背景技术
[0002]目前传统的辐射制冷膜不需要消耗额外的能量，虽然采光效率高、环保，但是其往往是反射太阳光的，散热性和环境适应性较差，当其暴露于空气中时，容易受到污染与腐蚀，严重影响其使用寿命，且定期的维护需要消耗大量的物力和财力。
发明内容
[0003]本发明解决的问题是现有的辐射制冷膜往往是反射太阳光的，散热性和环境适应性较差。
[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种透射型辐射制冷材料，包括高分子基材和分散于高分子基材中的陶瓷颗粒，所述高分子基材和所述陶瓷颗粒的体积比为2-20:1，且所述陶瓷颗粒的粒径小于太阳光谱波长。
[0005]进一步地，所述高分子基材和所述陶瓷颗粒的折射率差值小于0.5。
[0006]进一步地，所述高分子基材是PEVE、TPX、PMMA或PS。
[0007]进一步地，所述陶瓷颗粒选自元素周期表中的第Ⅲ、Ⅳ主族氧化物、第Ⅲ主族氮化物、稀土硅酸盐、第Ⅱ主族碳酸盐、第Ⅱ主族硫酸盐和第Ⅲ主族磷酸盐中的一种或几种[0008]进一步地，所述陶瓷颗粒选自Al2O3、SiO2、BN、BaSO4、BaCO3、Y2SiO5和AlPO4中的一种或几种。
[0009]进一步地，所述陶瓷颗粒的粒径范围为5nm-300nm。
[0010]本发明所述的透射型辐射制冷材料相对于现有技术的优势在于，通过本发明所述的透射型辐射制冷材料所制备的薄膜只需单层膜结构即可实现太阳光利用、辐射散热及疏水自清洁功能，且成本低、稳定性好，其太阳光谱(波长范围0.3-2.5μm)透过率大于90％，热红外波段(波长范围2.5-20μm)发射率大于90％，辐射制冷效率达到30-120W/m2，在保证阳光透过利用的同时具有良好的辐射散热制冷效果，且具有超疏水性能，其静态接触角的平均值大于150°，滚动角小于5°。
[0011]本发明还提供了一种透射型辐射制冷薄膜，由上述的透射型辐射制冷材料制备而成。
[0012]进一步地，所述透射型辐射制冷薄膜的厚度范围为10-200μm。
[0013]本发明所述的透射型辐射制冷薄膜相对于现有技术的优势与所述透射型辐射制冷材料相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
[0014]本发明还提供了一种上述透射型辐射制冷薄膜的制备方法，包括以下步骤：[0015]步骤S1：利
用溶胶凝胶法或固相反应法制备陶瓷颗粒；
[0016]步骤S2：利用表面修饰剂对步骤S1所述的陶瓷颗粒进行表面修饰，形成陶瓷颗粒；
[0017]步骤S3：将表面修饰后的陶瓷颗粒与高分子基材混合均匀后，采用流延成膜或注塑成膜的工艺制得所述薄膜。
[0018]进一步地，步骤S2所述的表面修饰的方法包括以下步骤：
[0019]S21：将所述陶瓷颗粒置于所述表面修饰剂与无水乙醇的混合溶液中浸泡60-180min；
[0020]S22：离心、洗涤后置于80-150℃的烘箱中干燥20-60min，取出后冷却至室温。[0021]进一步地，所述表面修饰剂选自氟硅烷、甲基硅烷、乙氧基硅烷、十四酸、十六酸和十八酸中的一种或几种。
[0022]本发明所述的透射型辐射制冷薄膜的制备方法，可根据实际应用器件的需求选择不同的高分子基材、陶瓷颗粒或成膜工艺，从而使本发明提供的透射型辐射制冷膜具有较强的可设计性，扩大其应用范围，且本发明所述的薄膜的制备方法相对于现有技术的其他优势与所述透射型辐射制冷材料相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
[0023]本发明还提供了一种上述透射型辐射制冷薄膜在应用器件上的应用，所述应用器件包括太阳能电池、建筑物玻璃、汽车车窗、大棚薄膜或通讯设备。
[0024]本发明所述的透射型辐射制冷薄膜的在应用器件上的应用相对于现有技术的其他优势与所述透射型辐射制冷材料相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0025]图1为本发明实施例1中透射型辐射制冷薄膜的表面微观形貌示意图；
[0026]图2为本发明实施例1中透射型辐射制冷薄膜的光谱响应示意图；
[0027]图3为本发明实施例1中透射型辐射制冷薄膜的接触角示意图。
具体实施方式
[0028]目前，对于一些太阳能利用型的器件来说，比如太阳能电池，其暴露在户外的恶劣条件下，在保障其采光效率的同时，还需要具有良好的散热和环境适应性。而现有技术中传统的辐射制冷膜不需要消耗额外的能量，虽然效率高、环保，但是其往往是反射太阳光的，因此不适用于采光器件。而除了过度的热应力外，开放性质中不可避免的污染和腐蚀环境会严重影响日光照明装置的寿命和效率，
例如沙漠中的太阳能电池容易产生附生植被和沙子污染。然而，定期的维护需要消耗大量的物力和财力。
[0029]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0030]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0031]本发明提供了一种透射型辐射制冷材料，包括高分子基材和分散于高分子基材中的陶瓷颗粒，高分子基材和陶瓷颗粒的体积比为2-20:1，且所述陶瓷颗粒的粒径小于太阳光谱波长。
[0032]可选地，高分子基材选自PEVE、TPX、PMMA或PS，且均为透明高分子树脂材料，能够
保证制得的薄膜具有高透过率。
[0033]可选地，陶瓷颗粒选自元素周期表中的第Ⅲ、Ⅳ主族氧化物、第Ⅲ主族氮化物、稀土硅酸盐、第Ⅱ主族碳酸盐、第Ⅱ主族硫酸盐和第Ⅲ主族磷酸盐中的一种或几种，较佳的，所述陶瓷颗粒选自Al2O
3、SiO2、BN、BaSO4、BaCO3、Y2SiO5和AlPO4中的一种或几种，原料来源广泛，成本低。
[0034]可选地，陶瓷颗粒的粒径范围为5nm-300nm，本发明中对于陶瓷颗粒的存在形式不做具体限定，可以为单一粒径也可以为不同粒径的复合，容易实施。
[0035]因此，本发明所述的透射型辐射制冷材料为太阳光透射型辐射制冷材料，相对于现有技术的优势在于，通过本发明所述的透射型辐射制冷材料所制备的薄膜只需单层膜结构即可实现太阳光利用、辐射散热及疏水自清洁功能，且成本低、稳定性好，其太阳光谱(波长范围0.3-2.5μm)透过率大于80％，热红外波段(波长范围2.5-20μm)发射率大于90％，辐射制冷效率达到30-120W/m2，在保证阳光透过利用的同时具有良好的辐射散热制冷效果，且具有超疏水性能，其静态接触角的平均值大于150°，滚动角小于5°。
[0036]可选地，高分子基材和陶瓷颗粒的折射率差值小于0.5，陶瓷颗粒的粒径范围为5nm-200nm。
[0037]本发明中，根据米氏散射和蒙特卡洛原理，当陶瓷颗粒与聚合物基体的折射率差值较小(小于0.5)，且陶瓷颗粒粒径小于太阳光谱波长时，所制得薄膜的后向散射很小，使得大部分太阳光谱(波长范围0.3-2.5μm)可以透过薄膜，且太阳光谱(波长范围0.3-2.5μm)透过率大于90％。同时陶瓷颗粒和聚合物薄膜在热红外波段(波长范围2.5-20μm)的高发射率使得薄膜具有良好的辐射散热效果，热红外波段(波长范围2.5-20μm)发射率大于90％，而根据Wenzel和Cassie表界面润湿理论，当粒径较小时，有
利于形成微纳米表面结构，增强疏水效果。因此，较佳的，本发明所述陶瓷颗粒仅需单组分、单粒径即可实现超疏水和太阳光谱透明辐射制冷功能的复合。
[0038]本发明还提供了一种由上述材料制备的薄膜。
[0039]可选地，本发明中薄膜的厚度范围为10-200μm，既保证薄膜具有很高的透光性，同时具有很好的辐射制冷效果，且薄膜的厚度可根据实际应用需要，选择不同的高分子基材、陶瓷颗粒或成膜工艺进行控制。
[0040]本发明所述的透射型辐射制冷薄膜相对于现有技术的优势与所述透射型辐射制冷材料相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
[0041]本发明还提供了一种上述透射型辐射制冷薄膜的制备方法，包括以下步骤：[0042]步骤S1：利用溶胶凝胶法或固相反应法制备陶瓷颗粒，方法简单；
[0043]步骤S2：利用表面修饰剂对步骤S1所述的陶瓷颗粒进行表面修饰，形成陶瓷颗粒，有助于降低陶瓷颗粒的表面能，使得薄膜的表面能降低到0.15-0.5mJ/m2(未经过表面修饰的陶瓷颗粒制得的薄膜的表面能20-70mJ/m2)，提高薄膜的疏水自清洁性能；同时，有利于提高陶瓷颗粒和透明高分子基材的混合度，使陶瓷颗粒在高分子基材均匀分散，提高太阳光谱透过性和疏水自清洁性能；
[0044]步骤S3：将表面修饰后的陶瓷颗粒与高分子基材混合均匀后，采用流延成膜或注塑成膜的工艺制得所述薄膜。
[0045]可选地，步骤S2所述的表面修饰的方法包括以下步骤：
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