[发明专利]一种辐射冷却被动降温织物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种辐射冷却被动降温织物及其制备方法，属于纺织技术领域。一种辐射冷却被动降温织物，从上到下依次包括红外高发射顶层、太阳光低吸收织物层和太阳光高反射底层；红外高发射顶层对波长为8‑13μm的红外的发射率为0.5～0.9；太阳光低吸收织物层的太阳光反射率为0.3～0.9；太阳光高反射底层的太阳光反射率为0.5～0.9；太阳光低吸收织物层由纤维纺织而成，所述纤维的横截面为三角形。本发明的织物，通过三层的协同配合，实现在白天具有高的红外发射率和强的太阳光反射率的效果，从而提高材料在白天的辐射冷却性能。

技术领域

本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种辐射冷却被动降温织物及其制备方法。

背景技术

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和AaswathP.Raman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用纤维如棉、涤纶等相比。

综上所述，由于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，将其用于降温织物开发的研究还很少，属于较为新兴的领域。并且还没有采用服用纤维制备的辐射冷却织物。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的衣物日间辐射冷却降温难的问题，提供一种辐射冷却被动降温织物及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种辐射冷却被动降温织物，从上到下依次包括红外高发射顶层、太阳光低吸收织物层和太阳光高反射底层；

红外高发射顶层对波长为8-13μm的红外的发射率为0.5～0.9；

太阳光低吸收织物层的太阳光反射率为0.3～0.9；

太阳光高反射底层的太阳光反射率为0.5～0.9；