[发明专利]被动式辐射冷却复合材料薄膜

说明书

本发明涉及冷却技术领域，公开了一种被动式辐射冷却复合材料薄膜，包括由下至上依次设置的平面金属反射层（1）和材质为聚二甲基硅氧烷的红外光发射层（2），在红外光发射层（2）上表面设置一维或二维微米尺度的光学微结构单元（3）。与现有技术相比，本发明的薄膜中，当红外光经过红外光发射层时，由于红外光发射层具有较高的红外发射率，因此可以尽可能多地通过8‑13μm的特定波段的“大气窗口”向外部宇宙空间辐射热量，同时绝大部分的入射的太阳光被平面金属反射层反射，从而达到辐射冷却的效果。本发明具有柔性、可绕折、超薄、不消耗外界能源，对环境友好，绿色可持续发展等优点，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

本发明涉及冷却技术领域，特别涉及一种被动式辐射冷却复合材料薄膜。

背景技术

对地球而言，外部宇宙空间是一个巨大的冷源，其温度接近绝对零度。按照经典的热力学第二定律：热量总是自发地从温度较高的物体传递到温度较低的物体，而且该过程是不可逆的。虽然外部宇宙空间的温度远远低于地球表面物体的温度，但在物体向外散热时，会受到大气层的阻碍，大气层中的水蒸气、二氧化钛、一氧化氮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地面，阻碍了地表物体向外散热的辐射冷却过程。但对于某些特定波段，大气层是基本不吸收的，也就是说红外光能够大部分透过而不吸收，这将有利于地表物体向外太空散热。其中，处于8-13 μm特定波段的红外线的透过率最强，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，该特定波段被称之为“大气窗口”。同时，由于太阳光谱在0.3-2.5 μm的波段会被地表物体吸收而产生热量。因此，要实现被动式辐射冷却，物体必须在8-13 μm特定波段具有较高的红外发射率，同时还需要对太阳光谱具有较高的反射，这样才能实现被动式辐射冷却效果。相对于传统的空调、电风扇降温等主动式冷却而言，被动式辐射冷却不消耗外界能源，对环境友好，具有绿色可持续发展等优点。

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”公布了一种采用传热材料、冷却材料层、隔热墙体层和遮盖层构成的被动式冷却结构。此专利可实现被动式辐射冷却，但该专利的平面结构的冷却材料层利用是材料本身的吸收特性，未涉及光学微结构形貌的共振吸收，复合材料成分及结构形貌与本发明完全不同。

科技文献“Ultrabroadband photonic structures to achieve high-performance daytime radiative cooling”（Nano Letters, 2013, 13(4):1457-1461）采用金属Ag、二氧化钛、氟化镁、碳化硅以及石英制作出了平面的叠层复合结构膜。该结构能实现太阳光谱波段95%的反射率，同时在波长为8-13μm的特定“大气窗口”波段具有较高的红外发射率，但该结构复杂，不适合批量的工业生产和应用。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种被动式辐射冷却复合材料薄膜，实现被动式辐射冷却。

技术方案：本发明提供了一种被动式辐射冷却复合材料薄膜，其特征在于：包括由下至上依次设置的平面金属反射层和材质为聚二甲基硅氧烷的红外光发射层，在红外光发射层上表面设置一维或二维微米尺度的光学微结构单元。

进一步地，所述平面金属反射层的材质为Al、Ag或Ni。

进一步地，所述平面金属反射层的厚度H₁为100-200 nm。

进一步地，所述红外光发射层的厚度H₂为5-15 μm。

进一步地，所述光学微结构单元的排列方式为周期性排列或者准周期性排列。