[发明专利]一种具有白天被动制冷功能的结构色涂层及其制备方法

说明书

本发明属于建筑新材料领域，并公开了一种具有白天被动制冷功能的结构色涂层，该涂层由以无机粉体为核、以高分子聚合物为壳而组成的大量核壳结构复合微球周期性排列而组成；其中无机粉体被设定为太阳光谱波段反射率高于0.85，高分子聚合物被设定为中红外波段发射率高于0.85，并且核壳结构复合微球呈周期性排列。本发明还公开了相应的制备方法。通过本发明，无机粉体核保证涂层仅吸收极少的太阳光能量，而高分子聚合物壳保证涂层能持续向外发射能量，这种无机粉体在内、高分子聚合物在外的核壳结构提供了优异的制冷效果；与此同时，复合微球呈周期性排列还具备光子带隙的特性，使涂层在不同方向反射不同波长范围内的可见光，从而显示出所需的结构色。

技术领域

本发明属于建筑新材料领域，更具体地，涉及一种具有白天被动制冷功能的结构色涂层及其制备方法。

背景技术

目前，全球气温不断上升，全球变暖趋势越来越显著，同时，能源危机问题日益严重。现有的建筑物制冷技术通常都是使用压缩做功的热循环即空调来实现制冷，但是一方面空调制冷会消耗巨大的能量，据统计建筑物制冷能耗已经占到了全球能耗的20％-50％，另一方面空调制冷所排放出的大量含氟烃类物质对大气臭氧造成严重破坏，这两个方面会导致全球变暖和能源危机的进一步加剧，形成恶性循环。因此，急需寻找一种颠覆性的建筑制冷材料与技术来解决这些问题。

辐射制冷技术是指热源通过红外辐射，途径大气红外窗口与外太空冷源换热，是一种零能耗的制冷技术，对于环境保护和降温节能具有重大意义。近些年有研究人员通过严格的光子学设计实现了这样的目标，但其所使用的精密纳米加工技术使其难以用于实际商用；之后也陆续有一些相关的白天辐射制冷技术发表，并推动了这一领域的研究状况。

然而，进一步的研究表明，现有技术中的辐射制冷涂层或薄膜表面都是白色或者金属银色。一方面，出于审美或功能考虑，白色通常不适合作为建筑物或其他物体的表面颜色，而且过多的白色或银色反光会对人眼产生伤害。因此，我们需要设计出具有白天降温功能的彩色涂层来满足多方面的需求。另一方面，虽然可以通过简单加入彩色颜料的方法来制备彩色涂层，但这样无法避免地会导致涂层大量吸收可见光波段的能量，导致辐射制冷涂层的功能性受到较大影响。

相应地，如何更为高效、合理地制得同时兼备对太阳光的高反射性和优良外彩色外观两种特性的辐射制冷涂层，正成为本领域中亟待解决的技术问题之一。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有白天被动制冷功能的结构色涂层及其制备方法，其中通过对其关键组成成分及其特性和作用机理、尤其是核壳结构复合微球的排列方式要求等方面做出针对性的研究改进，相应所制得的辐射制冷涂层与现有产品相比，不仅能够同时反射太阳光谱和发射中红外光谱，确保优异的制冷效果，而且在无需加入彩色颜料的条件下也可使得该涂层在不同方向反射不同波长范围的可见光，从而显示出所需的结构色；本发明所设计的制备工艺路线还具备便于操作、可控性好和适用性强等特点，因而尤其适用于建筑之类对象的辐射制冷和外观美化等应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有白天被动制冷功能的结构色涂层，其特征在于：

该涂层由以无机粉体为核、以高分子聚合物为壳而组成的大量复合微球周期性排列而组成；其中对于各个复合微球而言，所述无机粉体构成微球的核心且其粒径在0.05μm～1μm之间，所述高分子聚合物包裹在该无机粉体的外侧且构成厚度在1nm～100nm之间的外壳，由此共同构成一种核壳结构的复合微球；

此外，所述无机粉体被设定为太阳光谱波段反射率高于0.85，所述高分子聚合物被设定为中红外波段发射率高于0.85；上述具备核壳式结构的大量复合微球呈周期性排列并且呈现光子带隙的特性，使得涂层在不同方向上可反射不同波长范围内的可见光，从而显示出结构色。

作为进一步优选地，所述涂层的整体厚度被设定为0.1mm～1mm。