专利摘要

本发明属于辐射致冷技术领域，尤其涉及一种具有自清洁功能的辐射致冷膜及其制备方法，所述辐射致冷膜包括基底膜以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体的红外发射峰位于8～13μm的红外辐射波段范围内且至少覆盖8～13μm范围内的一个波段区间。本发明利用纳米疏水粒子的高疏水性，使辐射致冷膜具有自清洁效果，避免了因灰尘堆积降低致冷效果的现象。本发明辐射致冷膜在8～13μm波段具有高发射率，在可见光波段透过率大，采光性能良好，还能减少物体对其余波段能量的吸收，保证致冷效果。本发明进一步采用两种不同粒径大小的辐射体，拓宽了辐射范围，将地面热量最大程度上辐射至外太空，提高了致冷效果。

权利要求

1.一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，其特征在于所述辐射致冷膜包括基底膜以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体的红外发射峰位于8~13μm的红外辐射波段范围内且至少覆盖8~13μm范围内的一个波段区间；所述疏水性纳米粒子为粒径为0.005~0.5μm的无机纳米硅、纳米二氧化钛或疏水纳米金颗粒中的一种或几种的组合；所述辐射体由粒径为0.4~0.9μm的无机纳米粒子Ⅰ和粒径为1~4μm的无机粒子Ⅱ按体积比1:（3~5）组成；所述基底膜由树脂材料制成，所述辐射体的加入量为树脂材料体积的3~6%，所述疏水性纳米粒子的加入量为树脂材料体积的1~3%；所述无机纳米粒子Ⅰ和无机粒子Ⅱ均为SiO2粒子。

2.根据权利要求1所述的一种具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，其特征在于所述制备方法步骤如下：

（一）制备基底铸膜液：将树脂材料与潜溶剂按一定体积比混合，加入辐射体和疏水性纳米粒子，充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

（二）制备致冷膜：待基底铸膜液达到标准黏度时，将基底铸膜液涂制成膜，干燥成型后获得具有自清洁功能的辐射致冷膜。

3.根据权利要求2所述一种具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，其特征在于步骤（一）所述树脂材料与潜溶剂的体积比为1:（3~5），所述潜溶剂为异构十二烷或二甲苯。

4.根据权利要求3所述一种具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，其特征在于步骤（二）获得的具有自清洁功能的辐射致冷膜的厚度为20~500μm。

5.一种如权利要求1所述的具有自清洁功能的辐射致冷膜在建筑降温、光伏电池、冷链运输或电子设备降温中的应用。

说明书

技术领域

本发明属于辐射致冷技术领域，尤其涉及一种具有自清洁功能的辐射致冷膜及其制备方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，能源问题备受关注，节能降耗也成为人们关注的重点，其中致冷控温领域的节能降耗是重要的研究领域。辐射致冷作为无耗能的致冷方式逐渐被研究者所关注，其原理是传热学中辐射传热的四次方定律，大气层外宇宙空间的温度接近绝对零度，是理想的冷源，如果实现地面物体与接近0K的太空冷源进行直接辐射换热将达到良好的降温效果，但是大气层阻碍了地面向太空辐射散热，然而在大气窗口(8-13μm)波段之间，大气层的吸收率很低，透过率很大，而此波段恰好处于地面物体常温辐射的远红外区，辐射致冷膜在大气窗口波段有高发射率，将膜贴附到物体表面，地面的能量可通过这波段辐射到外层空间，从而达到致冷的效果。

但传统的辐射致冷膜缺少自我清洁功能，使得灰尘及污浊物质容易附着在辐射致冷膜表面，降低辐射致冷膜的致冷效果。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种具有自清洁功能的辐射致冷膜及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，所述辐射致冷膜包括基底膜以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体的红外发射峰位于8～13μm的红外辐射波段范围内且至少覆盖8～13μm范围内的一个波段区间。

进一步的，所述辐射体由粒径为0.4～0.9μm的无机纳米粒子Ⅰ组成、或者由粒径为1～4μm的无机纳米粒子Ⅱ组成、或者由粒径为0.4～0.9μm的无机纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的无机纳米粒子Ⅱ按一定体积比组成。

进一步的，所述无机纳米粒子Ⅰ和无机纳米粒子Ⅱ的体积比为1:(3～5)。

进一步的，所述无机纳米粒子Ⅰ和无机纳米粒子Ⅱ均为SiO2纳米粒子、CuO纳米粒子、TiO2纳米粒子或Fe2O3纳米粒子中的一种或几种的组合。

进一步的，所述基底膜由树脂材料制成。

进一步的，所述树脂材料为丙烯酸树脂、聚氟乙烯、EVA树脂或聚甲基戊烯中的一种。

进一步的，所述疏水性纳米粒子为粒径为0.005～0.5μm的无机纳米硅、纳米二氧化钛或疏水纳米金颗粒中的一种或几种的组合。

本发明提供的一种具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，所述制备方法步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将树脂材料与潜溶剂按一定体积比混合，加入辐射体和疏水性纳米粒子，充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液达到标准黏度时，将基底铸膜液涂制成膜，干燥成型后获得具有自清洁功能的辐射致冷膜。

进一步的，步骤(一)所述树脂材料与潜溶剂的体积比为1:(3～5)，所述潜溶剂为异构十二烷或二甲苯，所述辐射体的加入量为树脂材料体积的3～6％，所述疏水性纳米粒子的加入量为树脂材料体积的1～3％。

进一步的，步骤(二)所述基底铸膜液达到标准黏度是指用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线即可。

进一步的，步骤(二)所述将基底铸膜液涂制成膜使用的是涂膜器，所述干燥是指烘干或静置自然干燥。

进一步的，步骤(二)获得的具有自清洁功能的辐射致冷膜的厚度为20～500μm。

本发明提供的具有自清洁功能的辐射致冷膜在建筑降温、光伏电池、冷链运输或电子设备降温中的应用。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的具有自清洁功能的辐射致冷膜利用纳米疏水粒子的高疏水性使水无法完全附着在辐射致冷膜的表面，而是因自身的表面张力形成水滴，水滴由膜表面滑落的过程中带走尘埃，使辐射致冷膜具有自清洁效果，避免了因灰尘堆积降低致冷效果的现象。

2、本发明提供的具有自清洁功能的辐射致冷膜在8～13μm的大气窗口波段具有高发射率，可将地面的能量通过此波段辐射到外层空间，与太空进行辐射换热从而达到致冷的效果；同时本发明提供的膜在380～760nm的可见光波段的整体透过率大，吸收率小，不仅在可见光波段具有良好的采光性能，还能够减少物体对其余波段能量的吸收，保证膜的致冷效果。

3、为了进一步提高致冷效果，本发明采用两种不同粒径大小的辐射体，利用不同粒径辐射体的红外发射峰相叠加，拓宽了红外复合波段的辐射范围，能够将地面热量最大程度上辐射至温度接近绝对零度的外部太空，从而提高致冷效果。

4、本发明具有成本低廉、工艺简单、易于操作的优点，与涂层材料脆性较大相比，本发明制备的辐射致冷膜具有良好的拉伸性能和柔韧性，可覆盖在现已建成的房屋建筑、光伏电池、冷链运输设备和电子设备等需要降温的物体表面，具有更为广阔的应用范围。

5、本发明提供的具有自清洁功能的辐射致冷膜及其制备方法节能降耗、绿色环保，具有巨大的社会效益和经济效益，市场前景十分广阔。

附图说明

图1为实施例12制备的具有自清洁功能的辐射致冷膜的表面SEM图；

图2为实施例11制备的具有自清洁功能的辐射致冷膜的光谱性质图；

图3为实施例12制备的具有自清洁功能的辐射致冷膜的光谱性质图；

图4为实施例12制备的具有自清洁功能的辐射致冷膜与水滴的接触角照片；

图5为对比例1制备的不添加疏水性纳米粒子的辐射致冷膜与水滴的接触角照片；

图6为实施例12制备的具有自清洁功能的辐射致冷膜的致冷效果图。

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。

实施例1

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，所述辐射致冷膜包括基底膜以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体的红外发射峰位于8～13μm的红外辐射波段范围内且至少覆盖8～13μm范围内的一个波段区间。

实施例2

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，所述辐射致冷膜包括基底膜以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体由粒径为0.4～0.9μm的无机纳米粒子Ⅰ组成、或者由粒径为1～4μm的无机纳米粒子Ⅱ组成、或者由粒径为0.4～0.9μm的无机纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的无机纳米粒子Ⅱ按一定体积比组成。

实施例3

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，所述辐射致冷膜包括基底膜以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体由粒径为0.4～0.9μm的无机纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的无机纳米粒子Ⅱ按体积比1:(3～5)组成。

实施例4

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，所述辐射致冷膜包括基底膜以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体由粒径为0.4～0.9μm的无机纳米粒子Ⅰ组成、或者由粒径为1～4μm的无机纳米粒子Ⅱ组成、或者由粒径为0.4～0.9μm的无机纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的无机纳米粒子Ⅱ按体积比1:(3～5)组成；其中无机纳米粒子Ⅰ和无机纳米粒子Ⅱ均为SiO2纳米粒子、TiO2纳米粒子、CuO纳米粒子或Fe2O3纳米粒子中的一种或几种的组合，所述基底膜由树脂材料制成，所述树脂材料为丙烯酸树脂、聚氟乙烯、EVA树脂或聚甲基戊烯中的一种；所述疏水性纳米粒子为粒径为0.005～0.5μm的无机纳米硅、纳米二氧化钛或疏水纳米金颗粒中的一种或几种的组合。

实施例5

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，包括由丙烯酸树脂制成的基底膜，以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体为粒径为0.4～0.9μm的SiO2纳米粒子，疏水性纳米粒子为粒径为0.005～0.5μm的无机纳米硅。

实施例6

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，包括由聚氟乙烯制成的基底膜，以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体为粒径为1～4μm的TiO2纳米粒子，疏水性纳米粒子为粒径为0.005～0.5μm的纳米二氧化钛。

实施例7

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜，包括由聚甲基戊烯制成的基底膜，以及分散于基底膜内的辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体由粒径为0.4～0.9μm的CuO纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的CuO纳米粒子Ⅱ组成，其中CuO纳米粒子Ⅰ和CuO纳米粒子Ⅱ的体积比为1:4，疏水性纳米粒子为粒径为0.005～0.5μm的疏水纳米金颗粒。

实施例8

本实施例提供的一种具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将树脂材料与潜溶剂按一定体积比混合，加入辐射体和疏水性纳米粒子，充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液达到标准黏度时，将基底铸膜液涂制成膜，干燥成型后获得具有自清洁功能的辐射致冷膜。

实施例9

本实施例提供的一种具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，所述制备方法步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将树脂材料与潜溶剂按体积比1:(3～5)混合，其中树脂材料为丙烯酸树脂、聚氟乙烯、EVA树脂或聚甲基戊烯中的一种，潜溶剂为异构十二烷或二甲苯，向上述混合溶液中加入辐射体和疏水性纳米粒子，所述辐射体的加入量为树脂材料体积的3～6％，所述疏水性纳米粒子的加入量为树脂材料体积的1～3％；充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线时，将基底铸膜液用涂膜器涂制成膜，烘干或静置自然干燥成型后获得厚度为20～500μm的具有自清洁功能的辐射致冷膜。

实施例10

本实施例提供了一种由粒径为0.4～0.9μm的SiO2纳米粒子制备具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将丙烯酸树脂与异构十二烷按体积比1:3混合，加入丙烯酸树脂体积3％的粒径为0.4～0.9μm的SiO2纳米粒子和丙烯酸树脂体积1％的无机纳米硅；充分搅拌混匀、超声振荡，得到SiO2纳米粒子和无机纳米硅粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线时，调节涂膜棒，将基底铸膜液用涂膜器涂制成膜，烘干或静置自然干燥成型后获得厚度为20～500μm的具有自清洁功能的辐射致冷膜。

实施例11

本实施例提供了一种由粒径为1～4μm的SiO2纳米粒子制备具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将丙烯酸树脂与异构十二烷按体积比1:3混合，加入丙烯酸树脂体积3％的粒径为1～4μm的SiO2纳米粒子和丙烯酸树脂体积1％的无机纳米硅；充分搅拌混匀、超声振荡，得到SiO2纳米粒子和无机纳米硅粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线时，调节涂膜棒，将基底铸膜液用涂膜器涂制成膜，烘干或静置自然干燥成型后获得厚度为20～500μm的具有自清洁功能的辐射致冷膜。

实施例12

本实施例提供了一种由两种不同粒径的SiO2纳米粒子制备具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将丙烯酸树脂与异构十二烷按体积比1:3混合，加入丙烯酸树脂体积3％的辐射体和丙烯酸树脂体积1％的无机纳米硅；其中辐射体由粒径为0.4～0.9μm的SiO2纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的SiO2纳米粒子Ⅱ按体积比1:3组成；充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线时，调节涂膜棒，将基底铸膜液用涂膜器涂制成膜，烘干或静置自然干燥成型后获得厚度为20～500μm的具有自清洁功能的辐射致冷膜。

由图1提供的本实施例制备的具有自清洁功能的辐射致冷膜的表面SEM图可以看出，辐射体和疏水性纳米粒子在辐射制冷膜表面分布较为致密、均匀。

实施例13

本实施例提供了一种由两种不同粒径的TiO2纳米粒子制备具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将聚氟乙烯与二甲苯按体积比1:4混合，加入聚氟乙烯体积4％的辐射体和聚氟乙烯体积2％的纳米二氧化钛；其中辐射体由粒径为0.4～0.9μm的TiO2纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的TiO2纳米粒子Ⅱ按体积比1:4组成；充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线时，调节涂膜棒，将基底铸膜液用涂膜器涂制成膜，烘干或静置自然干燥成型后获得厚度为20～500μm的具有自清洁功能的辐射致冷膜。

实施例14

本实施例提供了一种由两种不同粒径的CuO纳米粒子制备具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将EVA与异构十二烷按体积比1:5混合，加入EVA体积5％的辐射体和EVA体积3％的疏水纳米金颗粒；其中辐射体由粒径为0.4～0.9μm的CuO纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的CuO纳米粒子Ⅱ按体积比1:5组成；充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线时，调节涂膜棒，将基底铸膜液用涂膜器涂制成膜，烘干或静置自然干燥成型后获得厚度为20～500μm的具有自清洁功能的辐射致冷膜。

实施例15

本实施例提供了一种由两种不同粒径的Fe2O3纳米粒子制备具有自清洁功能的辐射致冷膜的制备方法，步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将聚甲基戊烯与二甲苯按体积比1:3混合，加入聚甲基戊烯体积6％的辐射体和聚甲基戊烯体积2％的无机纳米硅；其中辐射体由粒径为0.4～0.9μm的Fe2O3纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的Fe2O3纳米粒子Ⅱ按体积比1:3组成；充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线时，调节涂膜棒，将基底铸膜液用涂膜器涂制成膜，烘干或静置自然干燥成型后获得厚度为20～500μm的具有自清洁功能的辐射致冷膜。

对比例1

本对比例提供一种不添加疏水性纳米粒子的辐射致冷膜的制备方法，步骤如下：

(一)制备基底铸膜液：将丙烯酸树脂与异构十二烷按体积比1:3混合，加入丙烯酸树脂体积3％的辐射体；其中辐射体由粒径为0.4～0.9μm的SiO2纳米粒子Ⅰ和粒径为1～4μm的SiO2纳米粒子Ⅱ按体积比1:3组成；充分搅拌混匀、超声振荡，得到辐射体和疏水性纳米粒子分散均匀的基底铸膜液；

(二)制备致冷膜：待基底铸膜液用玻璃棒蘸起基底铸膜液，其可以沿着玻璃棒流下来，形成一条线时，调节涂膜棒，将基底铸膜液用涂膜器涂制成膜，烘干或静置自然干燥成型后获得厚度为20～500μm的辐射致冷膜。

效果验证试验：

1、发射光谱性质图：

由图2、图3所示实施例11、实施例12制备的自清洁辐射致冷膜的光谱性质图可以看出，实施例12使用两种不同粒径的SiO2纳米粒子制备的辐射致冷膜在8～13μm的红外辐射波段范围内覆盖的波段区间更宽，其平均发射率可以达到90％，而实施例11仅添加一种粒径的SiO2纳米粒子制备的辐射致冷膜在8～13μm的红外辐射波段范围内的覆盖的波段区间相对窄一些，其中实施例11制备的膜的在所覆盖波段内的发射率为76％。由此可知，采用两种不同粒径大小的辐射体，可以使不同粒径辐射体的红外发射峰相叠加，拓宽了红外复合波段的辐射范围，能够将地面热量最大程度上辐射至温度接近绝对零度的外部太空，从而提高致冷效果。

2、疏水效果测试

分别测定实施例12和对比例1制备的膜与水滴的接触角，结果如图4、5所示，实施例12制备的具有自清洁功能的辐射致冷膜的平均接触角为132°，而对比例1制备的不添加疏水性纳米粒子的辐射致冷膜的平均接触角仅为50°。由此可知，本发明利用纳米疏水粒子的高疏水性使水滴在膜表面的接触角增加，水滴无法完全附着在辐射致冷膜的表面，而是在膜表面形成小水珠，在风力或重力作用小水珠发生聚合变大，并进一步流走或滑落带走膜表面的尘埃，从而达到自清洁的效果，避免了灰尘堆积引起膜发射率和反射率下降的问题。

3、降温效果验证试验

按照实施例10、11、12和对比例1的制备方法将辐射致冷膜覆盖在铝片上进行实地降温效果的测试实验，实验过程中排除对流传热的影响，测试结果如图6和表1所示；

表1

图6为实施例12制备的具有自清洁功能的辐射致冷膜的致冷效果图，由图6可知，覆膜铝片较未覆膜的铝片温度降低最高可达15.78℃，平均降温幅度10℃，降温效果显著。

由表1数据可知，本发明提供的辐射致冷膜均具有良好的致冷效果，且在夜晚致冷效果优于白天。实施例12使用两种不同粒径的SiO2纳米粒子制备的辐射致冷膜的致冷效果优于实施例10和实施例11仅添加一种粒径的SiO2纳米粒子制备的辐射致冷膜。其中使用两种不同粒径的SiO2纳米粒子制备的辐射致冷膜温度与环境温度相比较白天的平均降温幅度为9℃，夜晚的降温幅度为18.6℃；仅添加一种粒径的SiO2纳米粒子制备的辐射致冷膜温度与环境温度相比较白天的平均降温幅度为5.25℃，夜晚的平均降温幅度为13.6℃。事实证明，使用两种不同粒径的SiO2纳米粒子制备的辐射致冷膜能够将更多的地面热量辐射至温度接近绝对零度的外部太空，从而进一步提高致冷效果。

而对比例1的平均降温幅度与实施例12相近，这说明添加疏水性纳米粒子对于辐射体的降温并不产生影响。

一种具有自清洁功能的辐射致冷膜及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。