一种彩色辐射散热涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑节能技术领域，特别是一种彩色辐射散热涂层及其制备方法。

背景技术

全球变暖对我们的生态系统和人类赖以生存的环境产生了重大影响，这已成为世界上大多数国家面临的紧迫问题。全球变暖的主要原因是二氧化碳的过度排放，这导致了对制冷的需求增加。另一方面，主动制冷系统（如空调）增加了能源消耗。此外，它们还会排放温室气体，形成恶性循环。因此，开发一种节能的制冷技术成为减少温室效应的可能策略。近年来，零电耗的被动辐射冷却引起了广泛关注，它通过大气透明传输窗口，将地球上的物体通过辐射热量向外层空间冷却，无需电力输入。因此，可以通过这个窗口将废热传输到太空中。这项技术具有高效、环保、低成本和大规模的特点。

然而，目前最先进的材料和结构大多在整个可见光波长范围（VIS：0.38-0.76 μm）和近红外波长范围（NIR：0.76-2.5 μm）内反射入射太阳辐射。因此，在宏观尺度上它们呈现出白色外观。这种颜色在大规模使用中非常单调，难以满足抗眩光和其他表面美观方面的需求，面临着困难。发明一种彩色、光学性能优良、附着性好、工艺简单可规模化制备、低成本的辐射散热涂料，并将其涂刷于建筑外立面形成辐射散热涂层，对于建筑节能降耗具有重要的意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种彩色辐射散热涂层的制备方法，解决现有辐射散热涂层均为白色、美观不足、眩光、散热效果差、工艺复杂、耐候性差的缺点。

为了实现本发明目的，本发明公开了一种彩色辐射散热涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1，将一定质量比的硝酸铋和柠檬酸混合均匀后加入硝酸中；随后将氢氧化钠加入混合溶液中调节pH，高压反应生成次碳酸铋；其次将次碳酸铋置于高温炉中退火生成氧化铋；

S2，将氧化铋与硅酸钾粘结剂按一定比例混合，经超声分散和磁力搅拌后得到涂料浆体；

S3，将基底表面喷沙和清洗后，得到无污染粗糙基底；

S4，将S2制备的涂料浆体涂覆到基底表面，固化后得到彩色辐射散热涂层。

进一步地，S1中，硝酸铋和柠檬酸的质量比为4:1。

进一步地，S1中，将氢氧化钠加入混合溶液中，调节溶液pH为中性。

进一步地，S1中，高温退火温度为400℃。

进一步地，S2中，氧化铋与硅酸钾粘结剂的质量比为1:4。

进一步地，S4中，涂料浆体通过可调刮刀涂覆在基底上。

进一步地，S4中，涂覆厚度200μm~400μm。

进一步地，S4中，固化方式为阶梯升温固化，固化温度从室温升温至80℃，升温速率为1℃/min，保温1h后自然冷却。

为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种彩色辐射散热涂层，散热涂层包含氧化铋彩色辐射散热粒子与粘接剂，彩色辐射散热粒子在保持美观的同时具有高太阳反射率。

本发明还提供了一种彩色辐射散热涂层作为航天器或微小卫星散热涂层的用途。

与现有技术相比，本发明的显著进步在于：1）本发明制备的彩色辐射散热涂层具有优异的光热性能，近红外波段发射率达99%，太阳全波段反射率达89%，大气窗口波段的发射率达98%，可有效提高辐射散热效果；2）本发明的彩色辐射散热涂层突破了传统辐射散热涂层均为白色的颜色限制，在保持美观的同时仍具备辐射散热的性能，解决了传统辐射散热涂层颜色单一、眩光等问题；3）本发明的制备方法简单，成本低，易于规模化生产，大面积使用，且涂料涂刷后所形成的涂层强度高、环境耐候性较好；4）本发明制备的涂料对基底材料无限制，在不同材料表面均可形成稳定的涂层，可广泛应用于建筑外立面及其它散热设备表面的涂刷，实现降温冷却效果。

为更清楚说明本发明的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种彩色辐射散热涂层的制备方法流程图。

图2是本发明实施例1的氧化铋彩色辐射散热粒子的扫描电镜图。

图3是本发明实施例1的氧化铋彩色辐射散热粒子的X射线衍射图。

图4是本发明实施例1和实施例2所述涂层的反射光谱图。

图5是本发明实施例1和实施例2所述涂层表面的温度与环境温度相比的降温效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明整体的制备流程如图1所示。首先称取一定质量比的硝酸铋和柠檬酸，混合均匀后加入硝酸中；随后将氢氧化钠加入混合溶液中调节pH，置于特氟龙衬底的不锈钢高压釜中，反应生成次碳酸铋；其次将次碳酸铋置于高温炉中退火生成氧化铋；最后将氧化铋与硅酸钾粘结剂按一定比例混合，经超声分散和磁力搅拌后得到涂料浆体，通过喷涂或刮涂等类似方式涂覆到金属或非金属基底，经固化得到彩色辐射散热涂层。涂层中的氧化铋彩色辐射散热粒子既可以在可见光波段选择性吸收太阳光显示颜色，又通过在近红外波段高太阳反射率和中红外波段高红外发射率进行辐射散热。因此可以用作航天器或微小卫星的散热涂层。

实施例1

一种彩色辐射散热涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备氧化铋彩色辐射散热粒子：

按4:1的质量比分别称取硝酸铋和柠檬酸原料，混合均匀后加入3mol/L稀硝酸中；随后将氢氧化钠加入混合溶液中调节pH至中性，置于特氟龙衬底的不锈钢高压釜中，反应生成次碳酸铋；其次将次碳酸铋置于高温炉中400℃退火生成氧化铋。

步骤2、制备氧化铋彩色辐射粒子的辐射散热涂料浆体：

将步骤1制备的氧化铋与硅酸钾粘结剂按质量比为1:4混合均匀，经超声分散和磁力搅拌后得到涂料浆体。

步骤3、制备辐射制冷涂层

将步骤3制备的涂料浆体通过使用可调刮刀进行涂覆，控制可调刮刀的高度为1500μm。然后待其自然风干，待去离子水蒸发后，可得到200μm厚的彩色辐射冷却涂层。

实施例2

一种彩色辐射散热涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备氧化铋彩色辐射散热粒子：

按4:1的质量比分别称取硝酸铋和柠檬酸原料，混合均匀后加入3mol/L稀硝酸中；随后将氢氧化钠加入混合溶液中调节pH至中性，置于特氟龙衬底的不锈钢高压釜中，反应生成次碳酸铋；其次将次碳酸铋置于高温炉中400℃退火生成氧化铋。

步骤2、制备氧化铋彩色辐射粒子的辐射散热涂料浆体：

将步骤1制备的氧化铋与硅酸钾粘结剂按质量比为1:4混合均匀，经超声分散和磁力搅拌后得到涂料浆体。

步骤3、制备辐射制冷涂层

将步骤3制备的涂料浆体通过使用可调刮刀进行涂覆，控制可调刮刀的高度为2000μm。然后待其自然风干，待去离子水蒸发后，可得到400μm厚的彩色辐射冷却涂层。

图2给出了实施例1的氧化铋彩色辐射粒子的扫描电子显微镜(SEM)图，可以发现其表面由大小不一的片状结构组成，这些片状结构能有效的散射太阳光并增强辐射。

图3给出了实施例1的氧化铋彩色辐射粒子的X射线衍射(XRD)图，与标准卡片PDF#71-2274相对应，证明了氧化铋彩色辐射粒子的成功制备。

图4为实施例1和实施例2所制备的涂层反射率光谱图，实施例1在近红外波段反射率可达99%，太阳波段的反射率可达89%，在大气窗口波段的发射率可达98%。

图5为实施例1和实施例2所制备的涂层放在楼顶（东经118°51′14″、北纬32°1′37″），通过热电偶来观测其表面的温度与环境温度相比的降温效果，实施例1在一天时间内其表面温度均低于环境温度，显示了优异的辐射降温效果。