[发明专利]冷却材料

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种冷却材料。

背景技术

采用各种方法来冷却建筑物的内部空间、冷却食物、冷凝水或降低物体的温度。这些方法具有的共同之处在于它们均需要相对较大量的能量，而这样的能量通常以电能的形式提供。例如，在一些具有相对温暖气候的国家，用于冷却所需的电能常常会超过可得到的电能，这会导致供电网络崩溃。而且，目前仍在至少部分地利用不可再生能源，例如通过燃烧煤炭来生产电能，这与环境问题有关并且会造成全球变暖。因此，能够以利用较少能量的方式实现冷却将是有利的。对于这种技术进展存在需求。

发明内容

本发明在第一方面提供了一种冷却材料，该冷却材料包含：

第一光谱选择组分，包含被设置成用于发射主要具有在大气窗口波长范围内的波长或波长范围的辐射的颗粒，其中在大气窗口波长范围与在邻近的波长范围内的平均吸收和发射相比，地球的大气具有减少的平均吸收和发射，从而该冷却材料被设置成在该波长范围内发射热辐射并减少从大气吸收辐射；以及

第二光谱选择组分，具有使该第二光谱选择组分与第一光谱选择组分区别开并且促进该冷却材料的至少一种所需功能的特性。

在本说明书全文中，术语“光谱选择组分”用于具有波长依赖特性的组分。

由于地球的大气在大气窗口波长范围内具有非常低的吸收，因此在该波长范围内仅有非常少量的辐射从大气返回到第一光谱选择组分的颗粒，并且发射的辐射大部分穿过大气指向并进入其中通常的温度为约4开尔文的空间(太空)中。

与由第一组分的颗粒发射的辐射有关的能量至少部分地，通常主要从冷却材料或与冷却材料热接触的介质的热能中提取，而该热能由冷却材料发射或从冷却材料“抽”出。因此，冷却材料和可与该冷却材料热接触的介质可以不需要电能并且成本较低。此外，在夜间，或当避开由太阳的辐射时，可以提供低于环境温度的良好冷却。

通常将第二光谱选择组分的波长依赖特性设置成促进冷却。该第二光谱选择材料可以包括层或颗粒并且通常被设置成用于以光谱选择的方式发射和/或传递和/或反射和/或吸收辐射。例如，该第二光谱选择组分可以被设置成用于通过这样的物理过程来发射辐射：该物理过程相同于与通过第一光谱选择组分的颗粒发射辐射相关的物理过程，但是处于不同或重叠的波长范围。可替换地，该第二光谱选择组分可以被设置成用于通过这样的物理过程来发射辐射：该物理过程不同于与通过第一光谱选择组分的颗粒发射辐射有关的物理过程。该第二光谱选择组分也可以被设置成用于吸收辐射。

大气窗口波长范围通常包括地球大气的最小平均吸收。大气具有在3至5μm以及7.9μm至13μm波长范围内的大气窗口。在这些波长范围内，太阳的发射也可以忽略不计并且通常被认为是零，其具有另外的优点，即，在该波长范围内即使是在白天，该冷却材料也仅吸收非常少的来自太阳的辐射。

在本发明的实施方式中，冷却材料被设置成能够冷却至低于环境温度5°、10°、20°或甚至更低的温度。

也可以将冷却材料设置成在低于环境温度的温度下以有限的速率提取热。冷却材料可以设置成使得可以在低于环境温度5°、10°或更多的温度下，诸如每m²冷却材料面积40、60、80W的冷却速率。

第一光谱选择组分的颗粒可以被设置成用于产生具有在大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振(ionicsurface plasmon resonance)。

在本说明书全文中，术语“离子表面等离子体”用于涉及离子运动，例如经常称作“弗洛里希共振(resonance)”的离子运动的表面等离子体激励(surface plasmon excitation)。

离子表面等离子体的波长取决于颗粒(其通常为纳米尺寸的颗粒)的组成、形状、相对取向和大小。通过控制颗粒的组成和/或形状和/或大小和/或相对取向，从而可以控制离子表面等离子体的波长范围。

第一光谱选择组分的颗粒通常设置成使得至少一些、通常为大多数或全部的离子表面等离子体具有在1-7μm、2-6μm、3-5μm、和/或5-16μm、7-14μm、8-13μm以及7.9-13μm中任一种波长范围内的波长。

然而，应该理解的是，可替换地，第一光谱选择组分的颗粒可以设置成使得在部分超出大气窗口波长范围的波长范围内产生离子表面等离子体。此外，大气窗口波长范围可以是多个大气窗口范围之一，例如3-5μm以及7.9-13μm的波长范围。