[发明专利]基于仿生银蚁毛发微纳结构的透明辐射制冷薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种基于仿生银蚁毛发微纳结构的透明辐射制冷薄膜及其制备方法与应用，属于辐射制冷技术领域。为解决现有辐射制冷技术无法兼顾采光和制冷双重需求的问题，本发明提供了一种基于仿生银蚁毛发微纳结构的透明辐射制冷薄膜，包括自上而下设置的仿生银蚁毛发微纳结构层和多层介质薄膜层，所述仿生银蚁毛发微纳结构层由PET材料制备而成，所述仿生银蚁毛发微纳结构层的表面呈阵列分布有锥体微纳结构，所述锥体微纳结构表面呈阵列分布有微球褶皱结构。本发明实现了辐射制冷薄膜选择性透射可见光、阻挡近红外光线，以及与太空换热的功能，能够应用到对采光和外观要求较高的设施中，如各类大型商业建筑、太阳能电池及汽车车窗等场景。

技术领域

本发明属于辐射制冷技术领域，尤其涉及一种基于仿生银蚁毛发微纳结构的透明辐射制冷薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着化石能源的消耗和温室气体的排放，人类正面临巨大的能源与环境危机。辐射制冷作为一种零能耗被动式制冷技术，能够减少用于制冷的能耗，从而缓解这场危机，因此它拥有非常广阔的应用前景。目前的辐射制冷技术主要通过提高材料在太阳光谱波段的反射率和8-13μm“大气窗口”波段的发射率来提升制冷性能。随着研究的逐渐深入，一系列实现日间降温的辐射制冷材料被制备出来，如辐射制冷薄膜、辐射制冷涂层、木结构材料和等级多孔聚合物结构材料，已能够应用到包括建筑屋顶及外墙、飞机廊桥、冷藏车、大型油库等领域，且能够实现可观的制冷功率。

虽然目前的日间辐射制冷技术已经能够实现较高的制冷功率，但是在应用过程中很少考虑应用场景对采光和外观的要求，例如火车站、机场的屋顶及廊桥，展览大厅的透明顶棚等；少数考虑可见光高透射性能的辐射制冷涂层未能屏蔽近红外热量对制冷负荷的影响。因此，亟需设计开发一种具有可见光波段、近红外波段和大气窗口波段多光谱调控功能的新型辐射制冷技术。

发明内容

为解决现有辐射制冷技术无法兼顾采光和制冷双重需求的问题，本发明提供了一种基于仿生银蚁毛发微纳结构的透明辐射制冷薄膜及其制备方法与应用。

本发明的技术方案：

基于仿生银蚁毛发微纳结构的透明辐射制冷薄膜，包括自上而下设置的仿生银蚁毛发微纳结构层和多层介质薄膜层，所述仿生银蚁毛发微纳结构层由PET材料制备而成，所述仿生银蚁毛发微纳结构层的表面呈阵列分布有锥体微纳结构，所述锥体微纳结构表面呈阵列分布有微球褶皱结构；所述锥体微纳结构和微球褶皱结构的高度比为2.5～3.5:0.2～0.3；所述多层介质薄膜层包括自上而下设置的PET制冷层、ITO分频层和Al₂O₃基底层。

进一步的，所述锥体微纳结构为金字塔型主体结构，所述金字塔型主体结构的底边长范围是2.5～3.5μm，高度范围是2.5～3.5μm；所述锥体微纳结构在所述仿生银蚁毛发微纳结构层表面呈等距排列，间距为4～15μm。

进一步的，所述微球褶皱结构的微球半径范围是0.2～0.3μm，所述微球褶皱结构在所述锥体微纳结构表面呈等距排列，间距为0.2～1.5μm。

进一步的，所述PET制冷层的厚度为10～100μm，ITO分频层的厚度为1～3μm，Al₂O₃基底层的厚度为0.8～3μm。

进一步的，所述仿生银蚁毛发微纳结构层和所述PET制冷层的PET原料均替换为PMMA。

一种基于仿生银蚁毛发微纳结构的透明辐射制冷薄膜的制备方法，步骤如下：

步骤一、制备仿生银蚁毛发微纳结构层：

采用干法结合湿法刻蚀技术制备凹型仿生银蚁毛发微纳结构模板，以所得凹型仿生银蚁毛发微纳结构模板为基础采用纳米压印方法制备仿生银蚁毛发微纳结构层；

步骤二、制备多层介质薄膜层：