[发明专利]一种具有结构色的辐射制冷复合涂层、应用及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有结构色的辐射制冷复合涂层、应用及制备方法，其中，所述的辐射制冷复合涂层包括基层以及内嵌于基层上的反射纳米颗粒以及成色纳米颗粒；其中，通过反射纳米颗粒的宽带高反射和成色纳米颗粒的局部等离子共振共同实现的反射谷呈现所述辐射制冷复合涂层的结构色。所述的辐射制冷复合涂层在太阳光波段(0.3～4μm)具有较强的反射能力，在大部分太阳光波段的反射率高达0.95。在红外波段(4～24μm)的发射率可持续在0.9以上，在大部分红外波段发射率可高达0.95。本发明可克服目前辐射制冷涂层由于颜色单一的应用场合受限问题，因而，在建筑物节能、室外物体及电子产品表面热管理等领域有广大的应用前景。

技术领域

本发明属于光谱选择性的纳米颗粒领域，特别涉及一种具有结构色的辐射制冷复合涂层、应用及制备方法。

背景技术

随着现代社会的发展，人类对能源的消耗量与需求量与日俱增。目前能源问题已演变为全球性问题。同时，由于全球变暖，温室效应等气候问题的日益加剧，全球对制冷的需求又在不断上升。主动式制冷设备，如空调、风扇等的制冷过程不可避免地存在需要消耗大量能源的问题。

辐射制冷是一种通过在物体上覆盖红外波段(尤其8～13μm和16～24μm的大气窗口波段)高发射率结构，实现物体与低温外层空间及外界环境的辐射换热，从而对物体进行冷却的被动式制冷技术。该技术作为一种不需要消耗任何能源的自发式制冷技术具有广阔的发展和应用前景。可应用于建筑物节能、电子器件散热、室外物体表面热管理、光伏电池冷却等领域。目前，辐射制冷分为昼间辐射制冷和夜间辐射制冷，与夜间辐射制冷相比，昼间辐射制冷还需要考虑太阳辐射能的吸收问题，因此也更加难以实现。昼间辐射制冷技术不仅要求物体在4～24μm的红外波段具有高发射特性，还需要其在0.3～4μm的太阳光波段具有高反射特性以减少太阳辐射能的吸收，保证制冷效果。然而由于太阳光波段高反射率的性能要求，目前几乎所有的昼间辐射制冷结构的颜色都为白色或银色，颜色的单调性极大程度上限制了其应用空间。例如专利CN105348892A-一种辐射制冷双层纳米涂层及其制备方法中给出的涂层结构，虽然有良好的辐射制冷效果，但由于结构全可见光波段的高反射特性，结构只能呈现出单一的白色。

近来有学者尝试用掺入吸收性染料的方式解决辐射制冷结构的颜色单一性问题，所研究的结构可呈现出较为鲜明的颜色，但是吸收性染料对可见光的吸收特性会导致涉及的大部分结构由于过高的太阳辐射能吸收而不能实现低于环境温度的辐射制冷，且染料成色存在稳定性差，易褪色等诸多问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有结构色的辐射制冷复合涂层、应用及制备方法。该辐射制冷复合涂层可实现大规模制备，并且解决现有的常规辐射制冷结构由于颜色单一导致的应用空间受限问题，同时解决现有的颜料成色辐射制冷结构成色稳定性差，易褪色，制冷效果低下的问题。

为了实现上述目的，本发明通过以下几个方面实现：

本发明所述的一种具有结构色的辐射制冷复合涂层由厚度为2mm的PMMA树脂及内嵌随机分布的用于反射太阳光的反射纳米颗粒及用于呈现结构色的成色纳米颗粒共同构成。

其中，所述的辐射制冷复合涂层采用PMMA树脂作为介质材料，PMMA树脂作为一种常用的涂料，具有价格便宜，适于大规模制备的优势。毫米级PMMA树脂在0.3～2.5μm的太阳光主要辐射波段具有较好的透明性，且在4～15μm的红外波段具有优良的发射特性。

其中，所述的反射纳米颗粒为金红石TiO₂、Zr₂O₃、Y₂O₃中的一种或几种，粒径范围在200～500nm，体积分数为5～10％。