[发明专利]一种自动调温的智能热控复合薄膜及制备方法

说明书

本发明涉及复合辐射膜技术领域，具体地说是一种自动调温的智能热控复合薄膜及其制备方法，包括采用温控卷曲形变的基膜；在基膜上面为一层具有辐射加热效果的纤维膜；辐射加热层纤维膜采用吸热纳米管和红外透明聚合物复合材料；基膜下面覆盖一层具有高太阳波段反射率和高红外发射率的辐射冷却纤维膜；辐射冷却层纤维膜采用纳米颗粒和红外高发射率复合材料。本发明与现有技术相比，复合薄膜具有优异的辐射调控性能，其温控形变结构能够根据环境温度的改变，自动调整工作模式，不需要任何外部驱动装置；而且其结构简单，材料来源广泛，力学性能优良；制备流程简易，可以实现大面积低成本的生产。

技术领域

本发明涉及复合辐射膜领域，具体的说是一种自动调温的智能热控复合薄膜及制备方法。

背景技术

随着人类经济社会的快速发展，人类对能源的消耗大幅提升，这也造成了能源危机以及生态环境污染等问题。因而被动辐射冷却也受到了越来越多的关注，其主要是利用材料的光谱特性，将波长范围0.3-2.5μm的太阳辐射反射回去，同时通过8-13μm的“大气窗口”波段将自身的热量散失到温度较低的外部空间，从而实现降温的效果。在个人热管理、建筑物节能和航天器热控技术等领域都有着广泛的应用前景。

近年来，实现单一辐射加热或者辐射制冷功能的热控薄膜和组件层出不穷，但是动态的将太阳能吸收和辐射冷却结合起来，以应对不同的外部环境变化仍然十分具有挑战性。目前已知的技术中，在面对强烈太阳光时仍然能够产生有效的热管理的材料早已被开发出来，然而这些红外高发射率的材料在寒冷的冬季仍然会继续产生辐射冷却的效果。针对这一情况，研究者们提出很多不同的解决方案，包括制备复合薄膜，能够分别满足辐射加热和辐射冷却的要求。但是需要外部电源或者通过翻转等机械结构来完成模式切换，无法真正做到智能控制。

在复合薄膜制备方面，通常都是多层结构，而且需要用到真空过滤、磁控溅射、气相沉积等工艺实现。然而这些薄膜制备工艺复杂昂贵，难以在工业上实现大面积的连续生产。

因此，亟需探索出一种能够兼具辐射加热和辐射冷却功能的，能够根据外部环境条件自动切换工作模式的智能热控薄膜，以及配套设计一种工艺简单、适合大规模生产的制备方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种自动调温的智能热控复合薄膜及制备方法，具体为结构简单、对可见光波段和红外波段能够同时调控、且能够根据外部环境的改变而自动调整辐射加热和辐射冷却模式的智能热控复合薄膜。该薄膜材料广泛、复合光谱性能优异、力学性能好。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种自动调温的智能热控复合薄膜：为辐射冷却层、温控形变层和辐射加热层复合而成。其中，辐射加热层固定在温控形变层表面形成一体化结构，而温控形变层部分固定在辐射冷却层表面，便于卷曲形变。

进一步的，辐射冷却层采用纳米粒子和红外高发射率复合材料；温控形变层采用延展性优异的铝薄膜和定向聚乙烯膜；辐射加热层采用多壁碳纳米管和红外透明聚合物材料。

进一步的，通过聚合物粘结剂将温控形变层边缘与辐射冷却层粘结，固定的部分为10％-15％温控形变层的面积。

进一步的，辐射冷却层和辐射加热层均为通过静电纺丝制备的纤维叠层结构。温控形变层为铝薄膜和定向聚乙烯膜通过低表面能粘结剂制备的。

进一步的，辐射冷却层中的纳米粒子包括二氧化硅、氧化钛、氧化铝、或氮化硼中的一种或多种组合，其粒径为0.2-1μm。辐射冷却层的红外高发射率聚合物包括聚偏氟乙烯、聚乳酸和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，其纤维直径为0.2-2μm。

进一步的，辐射加热层为掺杂有纳米粒子的红外高发射率聚合物材料，辐射冷却层(1)为掺杂有多壁碳纳米管的红外透明聚合物材料。