一种新型辐射冷却型降温节能薄膜材料的规模化制备及应用

成果编号：27182

价格：面议

完成单位：南京大学

单位类别：985系统院所

完成时间：2019年

成熟程度：小批量生产阶段

服务产业领域：装备制造、新材料

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发布人：南京大学技术转移中心在线

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项目团队已经研发出一种倒相法结合自沉积制备新技术，成功获得由微米孔CA 和单面定向富集 SiO2 微球构筑的辐射冷却型复合纤维膜材料，其独特新结构赋予该材料优异的辐射降温性能。该制备技术具有成本低、工艺简单、适合大规模生产等优点，制得的材料不仅能够自支撑，还能够像涂料一样，在各种不同的基体材料表面沉积成膜，从而达到高效降温节能的目的。该项目的成功实施，将开发出一种新型的高性能辐射冷却型被动降温材料，并实现其在节能建筑、车载式降温顶棚、降温衣服等高科技新产品中的应用，带动降温节能领域的技术升级，提升我国在辐射冷却降温材料开发和应用方面的全球核心竞争力。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术、新工艺、新材料

合作方式：技术转让、技术开发、技术服务

参与活动： 2021年高校院所走进镇江产学研合作对接活动首届江苏产学研合作对接大会

专利情况：未申请专利

成果简介

综合介绍

创新要点

本团队从三维结构设计入手，提出倒相法结合自沉积制备技术，成功获得了一种由微米孔聚合物单面定向富集 SiO2 微球构筑的新材料，其独特新结构赋予该材料优异的辐射降温性能；尤其是，该材料能够在金属、木材、塑料、玻璃等不同基体表面沉积成膜实现高效降温节能，为高性能辐射冷却型被动降温材料的发展提供了新的思路；该材料在应用时类似于涂料在基体表面粉刷，具有良好的工业化应用前景。相关研究成果近日刚刚发表在国际重要能源类期刊《纳米能源》上（Nano Energy, 2021, 81, 105600）。如图 1 所示，该新型薄膜材料是由微米孔聚合物和单面定向富集二氧化硅（SiO2）微球构筑而成，其中，聚合物微米级三维孔结构可高效反射全波段的太阳光，单面富集球形 SiO2 可实现中红外热辐射功能的最大化利用。在白天强烈太阳光照下，单面富集 SiO2 微球的薄膜不仅具备红外线高发射率，而且具备极高的太阳光反射率，从而实现了辐射降温；夜间，通过借助具有 Fröhlich 作用共振增强效应的 SiO2 微球来达到辐射降温的效果。基于上述设计理念，团队采用倒相法结合自沉积制备新技术，成功制备出以醋酸纤维素（CA）为骨架的辐射冷却型复合纤维膜（产物如图 2B 所示）。SEM 显微分析表明，倒相法的相分离过程产生了大量的微米级孔洞（孔径大约 5μm，孔隙率约 55%），均匀分布于整个薄膜中；同时，在重力自沉降作用下，SiO2微球几乎全部沉降在薄膜底部（对比图 2A 和 2C）。Cross-section 截面显微图（图2D-F）进一步证实了薄膜内部均匀分布的三维多孔和微球在单面富集的结构。

技术指标

项目的关键技术本项目关键技术为以下几方面：（1）根据技术指标，规模化制备辐射降温复合膜材料，要求其满足降温效果好、均匀性好、力学性能优异、成本低等市场应用要求；（2）针对服役环境及产品布局设计，对碳复合薄膜材料进行封装工艺研究，为后期降温散热热组件提供高可靠性的轻质降温元件；（3）针对封装后的智能辐射降温节能产品，测试其在太阳光暴晒环境下降温速率、热分布均匀性等，优化降温薄膜及元件性能，满足不同环境需求。本项目的创新之处本项目产品的优势是降温效率高、不需要任何外部能源、节能高效、适用于各种不同基体、且智能控温、绿色环保。技术创新点包括：（1）团队研发出一种倒相法结合自沉积制备新技术，成功获得由微米孔 CA 和单面定向富集 SiO2微球构筑的辐射冷却型复合纤维膜材料，其独特新结构赋予该材料优异的辐射降温性能。（2）团队研发的复合纤维膜两侧的太阳光反射率均高达96~97%，且 SiO2微球的单面定向富集，有效提升了复合纤维膜的红外发射率（高达95%）。这两项光学性能均高于当前国际最新报道值，达到国际领先水平。（3）该制备技术具有成本低、工艺简单、适合大规模生产等优点，制得的材料不仅能够自支撑，还能够像涂料一样，在各种不同的基体材料表面沉积成膜，从而达到高效降温节能的目的。实现多档调温、智能控温，获得高效的“智能”型薄膜降温材料；（4）户外试验结果表明，我们研发的复合纤维膜优异的辐射降温性能。可以看出，纤维膜在夜间可获得~8 ºC 的降温效果，即使在白天光功率值高达900 W·m-2的强烈太阳光照下，也能达到6.2 ºC 的降温效果。

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