[发明专利]具有双重散热功能的红外复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及具有散热功能的复合材料，尤其涉及一种具有双重散热功能的红外复合材料，由具有生物结构的纤维素和纳米金属颗粒构成，金属颗粒沉积在纤维素表面，其中，所述生物结构的纤维素具有木材的垂直孔结构，孔径10～100μm，所述纳米金属颗粒粒径15～100 nm，沉积层厚度2～12 nm。还公开所述材料的制备方法。本发明所制备的材料具有较高的吸水蒸发性能，在红外波段范围内具有较高的红外反射率，两种机制共同作用下，达到降低材料表面温度的效果。原料简单，利用材料自身的结构，借助高红外反射率涂层，达到有效的耦合作用进行降温。金属涂层具有较高的红外反射率，很好的反射外界辐射，减少热量的摄入，达到降温效果。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及具有散热功能的复合材料，尤其涉及一种具有双重散热功能的红外复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的快速发展和人民生活水平的提高，用于冷却建筑和机械的能源消耗在世界范围内的总能源消耗占比越来越高，每年大约有15％的电力消耗和10％的温室气体排放归因于全球的冷却系统。因此，急需开发能够达到冷却效果却无能量损耗的技术。现有的一种方法是利用相变散热，通过压缩、冷凝、节流和蒸发等物理过程来实现冷却，其主要缺点是需要找到一种介质作为反应物，该反应物需要持续不断地提供，很难实现连续的反应。另一种方法是利用红外辐射冷却，在材料表面构建高红外发射率、高红外反射率涂层，从而达到被动冷却的效果。

自然界中存在很多功能与结构相统一的生物材料，是人类创新的灵感源泉。例如，树木有效的吸水蒸发性能，天然的木材形成高性能的太阳能蒸汽装置，能够促进对太阳能蒸汽连续操作实现快速水运输，从而实现海水淡化的作用。银蚁栖息在撒哈拉沙漠，地球上最热的陆地环境之一，它们的毛发很特殊，能够有效地散射和反射阳光，来降低身体的温度。相反，去除了毛发的银蚁，体温增加了五到七度。在仿生研究中，这种动物独特的冷却机制引起了人们的兴趣。与大多数目前使用的需要能量和资源来散热的冷却方法相比，被动辐射散热被认为是一种有效的冷却技术，同时具有很高的实际意义。

本发明将这两种性能结合到一起，通过沉积法将纳米金属可怜嵌在木材表面，制备出metal-wood双层木材，具有吸水蒸发散热的功能和优异的红外反射性。制得的材料保留了原木组织的宏观和微观结构，同时在横截面上形成金属镜，可以有效地反射太阳辐射用来作为蒸发冷却的装置。基于上述性质，本发明讨论了金属涂层和吸水蒸发对材料表面温度调节效应的影响，为冷却材料的设计和制备提供了新思路。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开一种具有双重散热功能的复合材料及其制备方法。该材料具有较高的吸水蒸发性能，较高的红外反射率，在两种机制共同作用下，达到降低材料表面温度的效果，适用做红外降温材料。

技术方案：

一种具有双重降温功能的红外复合材料，由具有生物结构的纤维素和纳米金属颗粒沉积层构成，纳米金属颗粒沉积在纤维素表面，其中，所述生物结构的纤维素具有木材的垂直孔结构，孔径为10～100 μm，所述纳米金属颗粒粒径为15～100 nm，沉积层厚度2～12 nm。

本发明较优公开例中，所述具有生物结构的纤维素与纳米金属颗粒的质量比100：1～10：1。

本发明较优公开例中，所述纳米金属颗粒包括但不限于银、金、铝、铜等金属。

本发明较优公开例中，所述具有生物结构的纤维素来自原木，包括但不限于杨木、桐木、桦木、松木或杉木。

本发明所公开的双重降温功能的红外复合材料，具有中空定向孔结构和双重降温功能，在红外波段范围内具有较低的红外辐射性能。其中，在2～20 μm波段范围内，红外发射率低于0.5；天然孔结构具有毛细管效应，能够利用挥发性液体蒸发吸热；所述银纳米颗粒具有红外辐射冷却效应。