[发明专利]单通道夜间被动式辐射冷却膜

说明书

本发明涉及冷却领域，公开了一种被动式辐射冷却复合材料薄膜，其包括由下至上依次设置的传导层和材质为聚二甲基硅氧烷的基底层，在所述基底层内嵌入一维周期性锥形微米金属光栅阵列。被冷却物体的热辐射经传导层和金属光栅阵列被辐射冷却薄膜的基底层吸收并同步将热量经8‑13μm的特定波段的“大气窗口”发射出去，与此同时，外部环境（大气、灰尘等）周围大气环境造成的再次热辐射入射被辐射冷却膜的金属光栅阵列反射并阻断，从而只允许被冷却物体的热辐射单向传输到外部宇宙空间，形成“单通道”辐射冷却，起到辐射降温的作用；本发明的被动式辐射冷却复合材料薄膜可应用于电子设备、机械设备等无法采用主动式冷却降温手段的场合。

技术领域

本发明涉及冷却领域，特别涉及一种单通道被动式夜间辐射冷却薄膜。

背景技术

外部的宇宙空间的温度接近绝对零度，对于地球表面的物体而言，外部宇宙空间是个巨大无比的冷源，因此地球表面物体总是通过大气层向外部宇宙空间散热。然而，由于大气层的水蒸气、一氧化氮、二氧化钛等对地表物体向外散热而发出的红外线具有较强的吸收作用，会再次以热辐射的形式重新传递到底面，阻碍了地表物体向外散热的辐射冷却过程。通过对大气层光谱的透射特性进行分析发现不同波长的电磁波在大气传输中有不同的透射率，其中将电磁波辐射透过率较高的波段称为“大气窗口”，而“大气窗口”可分为多个特定的光谱段，其中8-13μm的光谱段具有较高透射率，也就是说，大气层对该波段而言几乎是透明的，而常温下黑体辐射也主要集中在8-13μm波段。

简言之，辐射制冷的基本原理是：通过8-13 μm特定波段的“大气窗口”向宇宙空间发射足够多的红外辐射能量来释放热量，同时需要尽可能多地反射太阳光谱的辐射能量（0.2-2.5μm），从而实现物体本身降温的目标。这种被动式的辐射冷却的制冷方式，不需要消耗外部能量，绿色环保，有利于生态环境和经济的绿色发展。特别地，对于夜间或者室内具体物体的被动辐射冷却而言，可忽略太阳的辐射影响，即重点考虑在8-13μm特定波段的“大气窗口”向外辐射足够多的红外辐射能量。更值得关注的是，在实际应用过程中，由于大气层中灰尘、水蒸气等物质含量的提升，往往造成8-13μm特定波段的“大气窗口”向外辐射，会再次以热辐射的形式重新传递到待冷却的物体，造成冷却效果不理想。

中国发明专利（CN109631409A）“耐高温高红外发射的被动式辐射冷却结构及冷却方法”公布了一种多层复合薄膜及隔热部件构成的被动式冷却结构。此专利可实现被动式辐射冷却，但该专利主要用于白天辐射冷却，对于受到空气和四周环境造成的再次热辐射干扰只能借助于外部隔热部件实现，复合薄膜本身只具有红外发射特性。

科技文献“Radiative cooling to deep sub-freezing temperatures througha 24-h day–night cycle”（Nature communications, 2016,7,13729）采用 “氮化硅/硅/铝/硅”多层结构实现了24小时被动式辐射冷却，但该结构不能实现弯曲，不适用于机器部件降温等实际情形。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种单通道夜间被动式辐射冷却膜，在“大气窗口”特定波段具有较高的红外发射率，同时反射并阻断被冷却物体周围大气环境造成的再次热辐射入射，实现单通道被动式样辐射冷却。

技术方案：本发明提供了一种单通道夜间被动式辐射冷却膜，包括由下至上依次设置的传导层和材质为聚二甲基硅氧烷的基底层，在所述基底层内嵌入一维周期性锥形微米金属光栅阵列。

优选地，所述传导层的材质为ZnS、SiC或Al₂O₃。

优选地，所述传导层的厚度H1为20-80nm。

优选地，所述基底层的厚度H2为15-40 μm。