摘要
由于人类社会的飞速发展，工业生产和日常生活对能源的需求量不断增加。传统能源材料(煤、石油、天然气)储量日益减少，并且在燃烧后排放出大量二氧化碳，导致地球温室效应的日渐加剧。温室效应导致全球变暖，建筑物、车辆、储箱表面降温变得日益重要。 辐射制冷作为一种被动式制冷方法，无需额外能源输入而能达到制冷的目的，成为近年研究的热点。高分子基辐射制冷材料通过填料颗粒的散射以及声子谐振等效应，加上高分子本身的红外发射能力，能够实现在可见-近红外区的高反射，以及中红外区的高发射。相比于其他种类的辐射制冷材料，高分子基复合材料制备方法简单，成本低廉，应用范围广，很有希望走向实际应用。因此，本文设计并制备了两种高分子基辐射制冷材料(辐射制冷纤维阵列表面、空心微球辐射制冷涂层)，研究了结构与性能关系，具体工作如下: 1、辐射制冷纤维阵列表面:受昆虫毛发结构启发，设计了含底部胶层和顶部纤维阵列的双层辐射制冷表面。基于Mie散射理论，对填料/PDMS体系中填料颗粒的种类、尺寸等参数进行设计;借助COMSOLMultiphysics软件仿真计算，研究了纤维阵列各结构参数对于阵列表面红外发射率的影响:采用静电植绒法制备了的辐射制冷纤维阵列结构并优化了制备工艺;通过综合考虑反射以及发射性能，优化了纤维面密度从而达到更好的制冷性能。所制备纤维阵列辐射制冷表面的太阳光谱区(0.3-2.5μm)平均反射率达91.7％，其中可见光区平均反射率达97％，中红外大气窗口区(8-13μm)平均发射率达97.5％，在户外实测中达到约90C的制冷温差，具有良好的制冷性能。 2、空心微球辐射制冷涂层:通过仿真计算，研究了辐射制冷材料的热导率以及厚度对于最终的制冷性能的影响，发现材料的热导率越低、材料越厚，材料内部的温度越低，制冷性能越好。选用碳氟树脂为基体，采用SiO2空心微球、TiO2纳米颗粒双组分填料制备空心微球辐射制冷涂层。TiO2颗粒主要提供涂层在可见.近红外区的高反射率;SiO2空心微球在提高涂层隔热性能的同时，还可以增强涂层在近红外区的反射率。涂层的太阳光区平均反射率达到93.1％，中红外大气窗口区平均发射率达到95.4％。涂层还具有良好的隔热性能，热导率为0.16W·m-1·K-1。在室内辐射制冷性能测试中，空心微球涂层制冷温差达到约7℃。 纤维阵列辐射制冷表面可通过调控纤维的面密度等参数，达到极高的中红外发射率，为辐射制冷材料的中红外发射调控提供了思路;空心微球辐射制冷涂层在太阳光区的反射率有进一步提升，并且引入隔热性能，其简单便捷的制备方法更有利于其在实际场景中的应用。
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