[发明专利]一种定向导热多孔辐射制冷薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种定向导热多孔辐射制冷薄膜材料及其制备方法，该材料由外侧高反射率膜与内侧定向导热膜叠合而成，高反射率膜是由空心纳米微球分散到纤维素中通过相转换制备而成，定向导热膜是将MXene定向导热材料分散到纤维素中通过定向冷冻干燥制备而成。该材料对太阳光的反射率为95～99％，在8～13μm大气窗口的发射率94～98％，在太阳辐照度700～1200W/msupgt;2/supgt;下可实现降温10～25℃，使内部热量快速定向传递至外部，实现对建筑内部热量的定向调控。本发明解决了以往仅从外部降低热量传递、而不注重内部热量调控等问题，具有优异的日间降温性能，可应用于建筑节能、可穿戴设备、光伏、5G基站、移动智能终端等领域。

技术领域

本发明属于辐射制冷材料技术领域，尤其涉及一种定向导热多孔辐射制冷薄膜材料及其制备方法。

背景技术

传统的制冷设备如空调、电扇等均由电力驱动，虽能达到一定的降温效果，但在使用过程中电力能源消耗增加，造成了温室效应、空气污染甚至酸雨等负面影响。因此，开发具有良好冷却效果的绿色材料具有重要意义。新型的辐射制冷技术具有零能耗、无污染、高冷却性能等优势，被认为是现阶段替代能源密集型制冷方式的理想选择。各种材料以及新制备方法的出现，对制冷材料的发展起到了巨大的推动作用，因此被动辐射制冷技术有望在建筑节能、可穿戴设备、光伏、5G基站、移动智能终端等领域实现广泛的应用。

纤维素具有独特的三维空隙网络结构，内部存在多尺度的光纤和通道作为无序的散射单元来散射太阳光，并且纤维素内化学键的吸收振动，产生了较高的红外发射率，但无法完美的覆盖整个大气透明窗口(8-13μm)，因此，只有通过合理的分子结构设计与合成，实现多种特征官能团的集聚，才能在8-13μm处具有高红外发射率。具有特殊空心结构的纳米粒子(SiO₂、HfO₂、TiO₂、ZrO₂等)可进一步提高材料的红外发射率，这类半导体纳米粒子存在特殊的表面等离子激元效应，红外辐射被材料吸收后，造成粒子表面电子集体振荡，在中、远红外波段可获得很高的发射率，封闭度好的空心微球还可以提高外壳固相声子的散射，从而降低固相声子传热，热传递到球壳之后需要经过空心微球内部，经历一次气相传热，因此大大降低了导热系数。将该纳米粒子均匀分散于纤维素基底中能够高效实现降温效果。

专利CN110317521A公开了一种选择性辐射制冷涂料，选择性辐射制冷涂料包括具有特殊结构颗粒填料的辐射制冷功能层，用于反射太阳光中的紫外光和/或可见光和/或近红外光，并以红外辐射方式通过大气窗口发射热量，辐射制冷功能层包括棒状结构颗粒填料和辐射制冷功能层树脂，该颗粒填料分布于辐射制冷功能层树脂中，最终实现80％的反射率以及80％的红外发射率。专利CN113372612A公开了一种纤维素基辐射调温材料的制备方法，通过将纤维素进行功能化改性制备具有三维多孔结构的纤维素气凝胶，表现出近94％的太阳光反射率和95％的红外发射率。但目前研发出的辐射制冷材料只侧重从外部减少热量的输入，而对内部空间(太阳辐射背面)产生的热辐射缺乏有效调控手段。解决此问题的关键在于开发出一种能够实现热量由内部快速定向导出至外部的材料，从而达到理想内部空间冷却效果。

专利CN106631082A公开了一种定向高导热碳纳米管复合材料及其制备方法，通过磁性调控碳纳米管定向排列使复合材料在轴向方向的导热率100W/m·k，非轴向方向导热率差异超过50W/m·k以上。但制备定向碳纳米管阵列的方法操作复杂并且条件严苛。二维过渡金属碳化物(MXene)不仅具有传统二维纳米材料的优异性能，而且具有金属的高导电性(～8000S/cm)，根据魏德曼-弗兰兹定律可知，导热系数与电导率之比正比于温度，因此MXene还表现出高热导率。单层MXene材料具有大片、单层及低缺陷等特点，由于结构缺陷的减少，平行于导热材料方向的热导率提高，加大材料片层间距，减小了垂直于导热材料方向的热导率，造成其热导率各向异性。

发明内容