[发明专利]一种可切换零能耗辐射制冷、光热制热一体化Janus膜的制备方法

说明书

一种可切换零能耗辐射制冷、光热制热一体化Janus膜的制备方法，属于Janus膜设计技术领域，所述方法为：通过吡咯自聚合到纤维上得到Janus膜光热层；在Janus膜光热层表面，将混合均一的聚合物溶液通过静电纺丝得到Janus膜制冷层。本发明所制备的Janus一体膜具有辐射制冷层和光热制热层两层，分别控制降温和升温。通过有机溶剂进出Janus一体膜改变膜对可见光及红外波段的反射和吸收，从而达到温度调控的目的。本发明所采用的所有材料均低毒，同时可大规模制备，成本低廉，能灵活适应多种应用场景。

技术领域

本发明属于Janus膜设计技术领域，具体涉及一种可切换零能耗辐射制冷、光热制热一体化Janus膜的制备方法，用于建筑外表面节省能耗，以及卫星导弹等航空航天器的温度调控和智能服装的个人热调节。

背景技术

目前，全世界超过一半的能源消耗在冷量和热量上，并且随着全球变暖等一系列因素，在温度控制方面能源的消耗量会逐年增加，其中冷却是温度调控的主要需求，化石燃料的燃烧加重了温室效应，形成了负反馈，对环境造成了严重的影响。因此，以最小的碳足迹实现建筑的高能效控温已成为可持续发展的重要目标。其中，被动辐射冷却技术无需任何能源输入，可以部分替代传统的冷却系统。同时环境温度随着时间和季节随时变化，单一的制冷功能不能满足整年的建筑温度需求，甚至可能会因为过冷增加能源消耗，因此单一的辐射冷却只能满足部分需求；同时，目前存在的可切换的动态装置冷热调控设备存在制冷/制热功率低、切换速度慢、切换情况单一和不能灵活匹配建筑物表面的缺陷。

中国专利公开号为CN109237677B的《一种集热-辐射装置及其制冷系统》介绍了一种集热辐射装置，其需要能耗驱动辐射制冷，且在建筑温度调控方面应用性较差。中国专利公开号为CN103287014B的《满足太阳能集热和辐射制冷的选择性吸收发射复合材料》介绍了一种同时满足太阳能集热和辐射制冷的选择性吸收发射复合材料，其主要功能为白天光热集热夜间辐射制冷，并未起到温度调控的功能。中国专利公开号为CN110922629B的《可逆动态打孔弹性体聚合物材料及其制备方法和应用》介绍了一种大孔弹性体聚合物材料，通过机械按压进行可逆冷/热动态调节，但材料机械性差，适用场景较少，不能大规模应用。中国专利公开号为CN13771166B的《一种可切换的无能耗制冷、制热热管理木材的制备方法》介绍了一种可以同时满足制冷和制热的木材制备方法，可以达到温度调控的目的，但木材柔韧性较差，不能满足建筑表面的需求，可应用性较差。中国专利申请号为CN114543373B的《一种基于太阳热辐射和太空冷辐射的光谱调控器件》介绍了一种光热制热和辐射制冷的光谱调控器件，在功能切换时需要通过电力作用进行控制，实用性较差。

发明内容

针对背景技术中存在的上述问题，本发明采用静电纺丝技术，以大分子聚合物为原料，采用了一种不同的分层设计方法，通过设计和构建了一种分层的Janus纳米纤维结构，通过有机溶液的进出调控发射能力，以适应全年的温度变化，最大限度地减少能源消耗。可大规模制备，如图8所示。大幅度降低了材料的成本，同时具有柔韧性，对建筑的适配性高，具有较强的应用性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种可切换零能耗辐射制冷、光热制热一体化Janus膜的制备方法，所述方法步骤为：

步骤一：通过吡咯(Py)自聚合到纤维上得到均匀黑色的Janus膜光热层；

步骤二：在步骤一的Janus膜光热层表面，将混合均一的聚合物溶液通过静电纺丝得到Janus膜制冷层。光热层和制冷层紧密结合，截面扫描电镜图如图1所示。

进一步地，步骤二中，所述制冷层的纤维直径为380～420nm，纤维且呈现无序堆叠状态。微观形貌如图4所示。

进一步地，步骤二中，所述聚合物为有机物PVDF、PAN、PMMA、PS、PSA、PVA、PVP以及无机物SiO₂中的一种。