双层结构辐射制冷薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及辐射制冷的技术领域，特别是涉及一种双层结构辐射制冷薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，受全球气候变暖的影响，世界各地频繁创下高温记录。不断上升的地球气温使得各国的制冷需求出现了空前激增。然而，传统的基于空气压缩的制冷技术面临着一系列问题，如：耗电严重、造成“净”升温，加剧全球变暖等等。因此，环境友好、减碳型降温技术的探索，刻不容缓。辐射制冷技术是利用将特定波长的载热红外辐射通过大气透明窗口传输到寒冷外太空的原理，具有零污染、零碳源等优势，有望减少或替代传统的电制冷系统，近年来备受关注。但是，规模化、耐老化、成本低廉的辐射制冷材料的制备仍是一大挑战。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种双层结构辐射制冷薄膜及其制备方法。具体的技术方案如下：

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，提供了一种双层结构辐射制冷薄膜的制备方法，其包括以下步骤：将聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂和有机溶剂按比例混合均匀，得到混合溶液，其中固化剂占聚二甲基硅氧烷预聚体的比例为3-20 wt%，有机溶剂的用量为0-50 wt%；涂覆混合溶液于聚乙烯纳米纤维上，并干燥成膜，得到双层结构辐射制冷薄膜。

在第一方面的第一种可能实现方式中，固化剂使用透明硅胶固化剂。

在第一方面的第二种可能实现方式中，有机溶剂包括甲苯、四氢呋喃和氯仿中的至少一者。

在第一方面的第三种可能实现方式中，使用机械搅拌、磁力搅拌、均质搅拌或者超声搅拌对聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂和有机溶剂的混合液进行搅拌。

在第一方面的第四种可能实现方式中，使用喷涂、浇注、辊涂或旋涂方法将混合溶液涂覆于聚乙烯纳米纤维上。

在第一方面的第五种可能实现方式中，干燥温度为80℃，干燥时间为2h。

在第一方面的第六种可能实现方式中，双层结构辐射制冷薄膜的平均太阳反射率≥ 0.90，长波红外发射率≥ 0.90。

在第一方面的第七种可能实现方式中，双层结构辐射制冷薄膜在正午太阳光直射下，其自身温度可比环境温度低至2-5°C。

第二方面，提供一种第一方面中任意一项的制备方法制备的双层结构辐射制冷薄膜，其包括聚二甲基硅氧烷层和聚乙烯纳米纤维层。聚乙烯纳米纤维层具有微纳孔隙结构，聚乙烯纳米纤维层可高反射太阳光。聚二甲基硅氧烷层设置于聚乙烯纳米纤维层上，聚二甲基硅氧烷层在8-13 µm的大气透明窗口处具有多个消光峰，可高发射红外光。

在第二方面的第一种可能实现方式中，聚乙烯纳米纤维层的孔径尺寸分布范围为50-200nm，厚度为20-200 µm。

在本发明实施例中，通过聚二甲基硅氧烷与聚乙烯纳米纤维上制备双层结构辐射制冷薄膜，制备工艺简单，原材料及生产成本低，且易于进行宏量制备。本发明聚乙烯纳米纤维层可高反射太阳光，聚二甲基硅氧烷层可高发射红外光，聚二甲基硅氧烷层与聚乙烯纳米纤维层双层结构的协同作用，可使双层结构辐射制冷薄膜几乎不吸收太阳光，并可大量发射红外热。

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，构成本发明的一部分，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是本发明一实施例的双层结构辐射制冷薄膜的制备方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例1中PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜的示意图和nanoPE微观形态的电子显微照片；

图3是本发明实施例1中PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜在0.3-20 µm波长下的反射光谱和发射光谱；

图4是本发明实施例1中PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜在正午太阳直射下的温度曲线。

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作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。

请参阅图1，其是本发明一实施例的双层结构辐射制冷薄膜的制备方法的步骤流程图；如图所示，双层结构辐射制冷薄膜的制备方法包括步骤S1和步骤S2。首先在步骤S1中，将聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚体、固化剂和有机溶剂按比例混合均匀，得到混合溶液。具体可使用机械搅拌、磁力搅拌、均质搅拌或者超声搅拌方式对聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂和有机溶剂的混合液进行搅拌。其中固化剂占聚二甲基硅氧烷预聚体的比例为3-20wt%，有机溶剂的用量为0-50 wt%。固化剂可使用透明硅胶固化剂，例如SYLGARD 184，有机溶剂包括甲苯、四氢呋喃和氯仿中的至少一者。

接着在步骤S2中，涂覆混合溶液于聚乙烯（PE）纳米纤维上，并干燥成膜，得到双层结构辐射制冷薄膜。具体可使用喷涂、浇注、辊涂或旋涂方法将混合溶液涂覆于聚乙烯纳米纤维上。干燥温度为80℃，干燥时间为2h。上述制备的双层结构辐射制冷薄膜的平均太阳反射率≥ 0.90，长波红外发射率≥ 0.90。双层结构辐射制冷薄膜在正午太阳光直射下，其自身温度可比环境温度低至2-5°C。

本实施例制备方法在制备双层结构辐射制冷薄膜时，先制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合溶液，接着将聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合溶液涂覆于聚乙烯纳米纤维上，并干燥，形成聚二甲基硅氧烷与聚乙烯纳米纤维的双层结构辐射制冷薄膜。本实施例制备工艺简单，原材料及生产成本低，且易于进行宏量制备。

请参阅图2，其是本发明一实施例的双层结构辐射制冷薄膜的示意图；如图所示，双层结构辐射制冷薄膜包括聚二甲基硅氧烷层和聚乙烯纳米纤维层。聚乙烯纳米纤维层具有微纳孔隙结构，聚乙烯纳米纤维层可高反射太阳光。聚二甲基硅氧烷层设置于聚乙烯纳米纤维层上，聚二甲基硅氧烷层在8-13 µm的大气透明窗口处具有多个消光峰，可高发射红外光。聚乙烯纳米纤维层的孔径尺寸分布范围为50-200nm，厚度为20-200 µm。

本实施例双层结构辐射制冷薄膜中的聚乙烯纳米纤维层高反射太阳光，聚二甲基硅氧烷层高发射红外光，聚二甲基硅氧烷层与聚乙烯纳米纤维层的协同作用，可使双层结构辐射制冷薄膜几乎不吸收太阳光，并可大量发射红外热。本实施例双层结构辐射制冷薄膜的制冷效果较佳，在衣物、车罩、建筑物屋顶中具有潜在应用价值。

以下将以具体实施例来说明本发明双层结构辐射制冷薄膜及其制备方法的有益效果。

实施例1

1、首先称取5g聚二甲基硅氧烷预聚体、0.5g固化剂（SYLGARD 184）于3mL甲苯溶剂中搅拌均匀获得PDMS混合溶液。接着将配制好的PDMS混合溶液滴在厚度约150 µm聚乙烯纳米纤维上，用旋涂机以2000 r/s的速度旋涂40s，接着将其放入80 ℃的鼓风箱中进行干燥，2h后取出，即可获得PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜（双层结构辐射制冷薄膜），如图2所示，其是本发明实施例1中PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜的示意图和nanoPE微观形态的电子显微照片，可以看出，nanoPE内部丰富的微纳米孔隙结构。

如图3所示，其是本发明实施例1中PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜在0.3-20 µm波长下的反射光谱和发射光谱，可以看出，PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜的平均太阳反射率和长波红外发射率均高达0.94，表明其几乎不吸收太阳光，并通过大气透明窗口发射大量的红外光。

如图4所示，其是本发明实施例1中PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜在正午太阳直射下的温度曲线，可以看出，在正午太阳直射下，PDMS/nanoPE薄膜的自身温度始终低于环境温度，平均降温约4.5℃。

实施例2

首先称取5g聚二甲基硅氧烷预聚体、1g固化剂（SYLGARD 184）于5mL氯仿溶剂中搅拌均匀获得PDMS混合溶液。接着将配制好的PDMS混合溶液滴在厚度约100µm聚乙烯纳米纤维上，用自动涂膜机刮涂均匀，待溶液自然流平后，将其放入80 ℃的鼓风箱中进行干燥，2h后取出，即可获得PDMS/nanoPE辐射制冷薄膜。

综上所述，本发明提供一种双层结构辐射制冷薄膜及其制备方法。本发明通过聚二甲基硅氧烷与聚乙烯纳米纤维上制备双层结构辐射制冷薄膜，制备工艺简单，原材料及生产成本低，且易于进行宏量制备。本发明聚乙烯纳米纤维层可高反射太阳光，聚二甲基硅氧烷层可高发射红外光，聚二甲基硅氧烷层与聚乙烯纳米纤维层双层结构的协同作用，可使双层结构辐射制冷薄膜几乎不吸收太阳光，并可大量发射红外热。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。