【摘 要】
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人类社会的高速发展导致了全球能源的需求的快速增加,消耗了大量的化石燃料,对环境造成污染。辐射冷却作为一种无源、高效、可再生的制冷方式而备受关注。辐射冷却是自然界常见的自然现象。人类早已发现这一现象并加以完善应用。近年来随着辐射材料制备技术的进步,日间被动辐射冷却技术在理论上和实践上都表现出可观的优势。本文首先对被动辐射冷却技术的现状进行了阐述,介绍了各种冷却器所采用的先进材料和先进结构,以及日间辐
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目（51735004）； 中国博士后科学基金会面上项目（2020M672618）； 广州市科技计划项目基础研究计划-基础与应用基础研究项目（202102020822）； 佛山市科技创新项目（1920001000339）；
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人类社会的高速发展导致了全球能源的需求的快速增加,消耗了大量的化石燃料,对环境造成污染。辐射冷却作为一种无源、高效、可再生的制冷方式而备受关注。辐射冷却是自然界常见的自然现象。人类早已发现这一现象并加以完善应用。近年来随着辐射材料制备技术的进步,日间被动辐射冷却技术在理论上和实践上都表现出可观的优势。本文首先对被动辐射冷却技术的现状进行了阐述,介绍了各种冷却器所采用的先进材料和先进结构,以及日间辐射冷却的理论基础,同时指出目前辐射冷却材料对自清洁能力研究的不足。本论文设计的散射多孔材料不仅解决了薄膜型和纳米颗粒型辐射冷却器中红外辐射率不稳定的缺点,而且补充了涂层超疏水自清洁能力的研究。本论文的研究工作进一步推动了薄膜型辐射冷却材料的发展。为此本论文提出了一种基于紫外诱导相分离制备的散射多孔涂层用于日间辐射冷却。通过调控溶液配置参数,对涂层多孔结构孔径形貌、光学性能和润湿性能进行优化,实现多孔涂层优良的自清洁能力、太阳光谱的低吸收率和红外大气窗口的高辐射率。经过优化,甲基丙烯酸甲酯（MMA）与乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）共聚的300μm散射多孔涂层太阳光谱平均反射率高达98.86%,8-13μm大气窗口红外平均辐射率高达98.80%;聚四氟乙烯（PTFE）纳米颗粒掺杂的全氟聚醚丙烯酸甲酯（PFPE）聚合的300μm散射多孔涂层太阳光谱平均反射高达96.16%,8-13μm大气窗口红外平均辐射率为94.27%,具有良好的辐射冷却性能。同时对散射多孔涂层进行静态动态润湿性能的测量和优化,并进行自清洁实验。经过测量,MMA-EDMA优化涂层静态接触角均值为170.02°,滚动角均值为13.1°;PFPE优化涂层静态接触角均值为154.48°,滚动角均值为3.63°,表明多孔涂层具备良好的自清洁能力。将优化涂层应用于辐射冷却,MMA-EDMA与PFPE 300μm优化涂层全天平均温度比环境温度分别低5.32℃和4.44℃,日间平均温度比环境温度分别低6.14℃和5.24℃,在太阳辐射功率超过900W/m~2的环境下,两涂层平均温度比环境温度分别低4.30℃和5.19℃,比多孔涂层加泥土样品分别低23.00℃和25.72℃,比铜板分别低33.84℃和30.42℃,表明基于相分离诱导制备的多孔涂层具有优良的辐射冷却能力。最后在本论文总结部分,对辐射冷却技术的前景进行了分析与展望。本文设计的光子散射多孔涂层辐射冷却器,为促进辐射冷却技术的发展提供了重要参考,具有重要的节能减排意义。
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