[发明专利]一种具有被动日间辐射冷却功能和特殊浸润性功能织物表面的构筑方法

说明书

本发明公开了一种具有被动日间辐射冷却功能和特殊浸润性功能织物表面的构筑方法，采用浸渍法将钛酸钾晶须和聚二甲基硅氧烷与织物表面的微纳结构相结合，解决了制备超疏水自清洁抗反射表面的操作工艺复杂、制备成本昂贵等缺点。该方法具有工艺简单易操作、反应条件可控、原材料来源广泛，成本低易降解，较高的近红外反射率，优良的防红外性能，较好的耐水洗性能，持久稳定的超疏水自清洁性能，且处理后的织物手感没有明显降低。

技术领域

本发明涉及一种在纤维织物表面构筑具有被动日间辐射冷却功能和特殊浸润性钛酸钾晶须膜层的构筑方法。

背景技术

自1997年德国植物学家Barthlott发现荷叶表面的自清洁效应和超疏水现象以来，超疏水表面已经引起了科研人员极大的兴趣和广泛的关注。所谓超疏水表面是指与水滴的接触角大于150°且滚动角小于10°的表面，该技术在自清洁纺织品微量吸液管、防紫外产品、功能性材料、自清洁纺织品，油水分离材上有广泛应用。

辐射冷却技术是一种安全环保的被动降温技术，降温过程中不需要额外的能源消耗，是基于1900年普朗克提出的黑体辐射定律发展而来。由于地球的大气层在8-13μm波段存在一个透明窗口，这就使得地球上的物体能够将自身热量以热辐射的形式穿过该透明窗口辐射回太空并以宇宙作为冷端来达到降温的目的。在过去的研究中，夜间应用的辐射冷却已经够能起到很好的降温效果，如将TiO₂混在白色漆中涂在铝板上即可在夜间实现较好的降温。但是在白天尤其是日照强烈的正午，由于吸收的太阳辐射会大于材料发射的热辐射，在日间的辐射冷却一直面临巨大的挑战。直至最近纳米光子学的快速发展，新型光子晶体、超材料的不断出现，经过系统设计的能够日间应用的辐射冷却材料也开始问世。

代表性的研究主要包括，2014年美国斯坦福大学的Shanhui Fan等人设计制备的一种7层的复合材料，上三层由数百纳米厚的HfO₂和SiO₂交替组成，负责产生强的热辐射，下四层是厚度为数十纳米的Ag、Ti、Si涂层在银镜上以增加太阳光反射率。该材料能够反射97%的太阳入射光，同时具有高的发射率和对大气窗口的选择性。当设备暴露在太阳光直射下超过850W/m²，这种光子辐射冷却材料可以降温低于环境温度4.9 ℃，制冷效率可达40.1W/m²。还有2017年，美国科罗拉多大学和怀俄明大学的Yao Zhai和Xiaobo Yin等人员则开发了一种易于大规模生产的聚合物基柔性薄膜超材料用来进行白天的辐射冷却。他们将SiO₂微球随机的嵌入聚合物基质中，并在薄膜底部添加银涂层来实现太阳光的反射。该薄膜材料在太阳直射的正午时间辐射冷却效率可达93W/m²。

而目前，针对新型辐射冷却织物的研究主要是由美国斯坦福大学的YucanPeng和YiCui等人在2018年所设计的一种由纳米多孔聚乙烯纤维制备的织物。这种聚乙烯纤维的表面存在许多100-1000nm尺寸的微孔，能够有效的散射可见光(400-700nm波长)，并且允许7-14μm的中红外透过来实现人体降温。但是聚乙烯纤维的服用性能很差，很少用于服装面料中，尽管表面的多孔使得聚乙烯纤维的柔性得到增强，其穿着舒适性仍无法和传统服装纤维如棉织物、涤纶等相比。

综上所述，由于被动日间辐射冷却技术还属于比较新兴和热门的研究领域，研究的热度几乎都还集中于建筑物降温等大型制冷领域或能量转换方向，将其用于织物开发的研究还很少，属于较为新兴的领域。并且采用服用纤维制备的辐射冷却织物极少，同时这些织物也存在着易被污染从而失效等诸多问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有被动日间辐射冷却功能和特殊浸润性功能织物表面的构筑方法，采用浸渍法将钛酸钾晶须和聚二甲基硅氧烷与织物表面的微纳结构相结合，解决了制备超疏水自清洁抗反射表面的操作工艺复杂、制备成本昂贵等缺点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：