摘要
以全球变暖和污染为主要特征的环境变化正以前所未有的速度影响着地球的生态和能源结构。被动式的辐射制冷技术在无需外部能量输入的情况下便可实现自发的冷却效果，可以有效降低能源的消耗和温室气体的排放，有助于社会经济和生态环境的可持续发展。涂层/薄膜类材料因其高度的灵活性，是实现辐射制冷技术的理想载体。然而，当前设计中，仍然存在着结构复杂、太阳反射性能较差和高紫外吸收等问题。为此，本文开展了将微纳结构化的粒子应用于辐射制冷材料设计的研究，提出了核壳与多孔棒状微纳结构粒子的制备方法，阐明了粒子的核壳和多孔微纳结构对涂层反射特性的增强机制，揭示了材料的光学带隙与紫外吸收，分子基团的振动与红外辐射能力之间的内在关联，制备了核壳和多孔微纳结构粒子的涂层/薄膜材料，实现了全天候辐射制冷。主要内容包括： 1. 粒子的微纳结构构筑方法及其演化机理 提出了核壳结构与多孔棒状粒子的制备方法，探讨了烧结温度、保温时间对合成粒子形貌和物相的影响，阐明了基于Kirkendall扩散效应和Ostwald熟化的微纳结构演化机理，优化了粒子的合成工艺，制备了高散射特性的微纳结构化粒子，探究了材料的光学带隙与紫外吸收，分子基团的振动与红外辐射能力之间的作用机制，降低了填料粒子的紫外吸收，增强了粒子的红外辐射能力。 2. 微纳结构化粒子涂层/薄膜的制备及其辐射制冷性能研究 以两类微纳结构化粒子为填料，丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷树脂和硅酸钾水玻璃为粘结剂，分别制备了微纳核壳粒子涂层、微纳核壳粒子柔性薄膜以及微纳多孔粒子涂层。搭建了户外辐射降温测量系统，研究了所制备涂层/薄膜的辐射制冷性能，讨论了非对流换热和环境相对湿度对辐射降温性能的影响。结果表明：微纳结构化粒子涂层/薄膜的紫外反射率可达 99%，太阳全光谱反射率达到97%，红外发射率达到96%，分别在日间和夜间实现低于环境的温降4.3℃和5.7℃。 3. 微纳结构化粒子涂层的可靠性及应用分析 开展了模拟空间环境的高低温循环、电子辐照和原子氧试验，对比分析了试验前后涂层光谱性能，讨论了涂层的填充粒子和粘结剂对空间环境耐候性的影响；搭建了基于微纳结构化粒子涂层的建筑模型散热实验系统，对比分析了微纳结构化粒子涂层的辐射降温性能。结果表明：微纳多孔粒子涂层对高低温循环和电子辐照具备良好的耐受性，试验前后的光谱性质的衰减指数低于1%；涂层的硬度等级达到了2H，附着强度达到了4B，涂覆了多孔粒子涂层的建筑模型可以实现低于环境2.5℃的降温效果。
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