[发明专利]空气孔光子晶体结构被动辐射冷却薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及冷却领域，公开了一种空气孔光子晶体结构被动辐射冷却薄膜及其制备方法，该薄膜由厚度为70μm以上的聚二甲基硅氧烷（1）材质构成，在聚二甲基硅氧烷（1）内具有蜂窝状排列的空气孔（2）；空气孔（2）的层数大于三层，直径为1μm～5μm；该方法制备的被动辐射冷却薄膜仅由一种材料聚二甲基硅氧烷组成，其中，聚二甲基硅氧烷内部的空气孔光子晶体结构反射太阳光辐射，同时增加“大气窗口”特定波段的发射率，从而实现被动辐射冷却功能，克服了现有制备方法中引入金属底板来反射太阳光，容易造成光污染和高成本的固有缺陷，具有较好的应用价值。

技术领域

本发明涉及冷却领域，特别涉及一种空气孔光子晶体结构被动辐射冷却薄膜及其制备方法。

背景技术

随着科技进步和人类社会发展，人类对能源的消耗大幅上升，不可避免地造成能源短缺、环境和生态污染。被动辐射冷却不需要消耗额外能源，不仅节能低碳，而且绿色环保，因此在节约能源方面具有重要作用。大气层对8-13 μm特定波段的电磁波是透明的，该波段的绝大部分红外线可以直接透过大气层，而不被大气层所吸收，因此，该特定电磁波段被称之为“大气窗口”。被动辐射冷却的基本原理是：尽可能多地反射或散射掉太阳光谱波段的能量；同时，通过“大气窗口”（8-13 μm）向温度接近绝对零度的宇宙空间发射足够多的红外辐射能量来释放热量。

科技文献“Passive radiative cooling design with broadband opticalthin-film filters.”（Journal of Quantitative Spectroscopy RadiativeTransfer, 2017, 179-186）报道了一种二氧化钛、二氧化硅层叠结构的被动辐射冷却体结构，通过控制两种材料层叠的方式及每层的厚度来实现“大气窗口”的高发射率。

科技文献“ Daytime radiative cooling using near-black infraredemitters.”（ACS Photonics, 2017, 4(3)，626-630）报道了在聚乙烯中加入二氧化硅（SiO₂）和碳化硅（SiC）微纳粒子，利用SiO₂和SiC在“大气窗口”的共振吸收特性，实现了“大气窗口”波段的高发射率，然而该结构对太阳光谱反射率不高，被动辐射制冷效果有限。目前被动辐射冷却薄膜仍面临两个亟需解决的技术难题：（1）一般会在冷却薄膜背面加入金属板（如金属银，金属铝等）来反射太阳光谱，这对辐射冷却薄膜的实际应用造成了巨大障碍，不仅增加了制造成本，而且不可避免造成光污染，还缺乏柔韧性，（2）现有的的无金属反射板的辐射冷却薄膜往往由两种以上材料构成，多种材质结构往往造成被动辐射冷却薄膜的性能不均一，且制备工艺复杂。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种空气孔光子晶体结构被动辐射冷却薄膜及其制备方法，该辐射冷却薄膜由同一种材料构成，在反射太阳光的同时，还具备“大气窗口”波段的高发射率，能实现高效的被动辐射冷却效果；制作简单、成本低廉、可大面积制作。

技术方案：本发明提供了一种空气孔光子晶体结构被动辐射冷却薄膜，所述薄膜由厚度为70μm以上的聚二甲基硅氧烷材质构成，在所述聚二甲基硅氧烷内具有蜂窝状排列的空气孔；所述空气孔的层数大于三层，直径为1 μm～5 μm。

本发明还提供了一种空气孔光子晶体结构被动辐射冷却薄膜的制备方法，

以下步骤：

S1：在基底上通过涂布和退火工艺制备聚苯乙烯小球光子晶体结构；

S2：在所述聚苯乙烯小球光子晶体结构上涂布聚二甲基硅氧烷；

S3：在真空条件下通过退火工艺固化所述聚二甲基硅氧烷；

S4：在空气中通过二次退火工艺去除所述聚苯乙烯小球光子晶体结构；