[发明专利]可拉伸辐射冷却胶带及其制备方法和应用

说明书

本发明公布了一种可拉伸辐射冷却胶带及其制备方法和应用，属于纳米材料与应用领域，即将掺杂有二氧化钛纳米颗粒和邻苯二甲酸二辛酯的聚(4‑甲基‑1‑戊烯)作为胶带的冷却层，丁腈橡胶作为胶带的粘结层。胶带采用刮涂技术制备，方法简单，可实现大尺寸连续制备。本发明制备的胶带具有高可拉伸性，较强的粘结性能和良好的防水性能。该胶带可用于电子设备降温方面，实验结果表明本发明制备得到的胶带可实现最高9.3K的亚环境降温，可降低手机表面温度25.1K。

技术领域

本发明一种可拉伸辐射冷却胶带及其制备方法，涉及利用无机颗粒掺杂调控复合材料光谱选择性和塑化剂掺杂提高复合材料可拉伸性，及复合材料降温性能的研究，属于纳米材料与应用领域。

背景技术

辐射冷却是一种被动自发的降温方式，它不消耗任何外部能量，通过红外辐射将物体表面的热量转移到外太空实现材料降温。地球大气层对某些特定波段的电磁波是透明的，特别是在8-13μm之间，这与室温下黑体辐射的波长范围重合。红外辐射可以将地球上物体的热量通过这个大气透明窗口转移到寒冷的外太空。当传递的热量大于通过各种热交换(包括传导、对流和辐射)从周围环境输入的热量时，物体温度就会降低，甚至低于周围环境温度。

在过去的几十年里，许多研究集中在夜间辐射冷却材料的开发和夜间辐射冷却系统的设计。夜间，由于没有太阳光照射给物体增加能量，降温往往更简单。但在白天，太阳辐射会使得被照射的物体内能增加，造成物体温度升高，所以日间的辐射冷却更具挑战性。要想实现日间的辐射冷却，就需要将太阳辐射输入的能量最小化，同时通过高效的红外辐射等使输出能量最大化。

多层结构的类光子晶体材料首次实验证实了日间辐射冷却的可行性，这之后具有一维或二维光子晶体结构的辐射冷却材料相继得到报道。最近的研究则主要集中在辐射冷却油漆和辐射冷却涂层的开发，包括覆盖有聚合物-介电复合涂层的金属薄膜和多孔聚合物材料。这些材料很容易应用在物体表面，如智能建筑或集成/智能系统。尽管这些研究已经揭示了辐射冷却在建筑物被动冷却、可再生能源收集和制冷等方面的巨大潜力，但现有辐射冷却材料(主要包括光子晶体材料和涂料)的特性仍然限制了辐射冷却技术的利用和发展。例如，以无机材料为主体构成的光子晶体材料较脆。同时，复杂的结构设计使得制造步骤复杂，对样品的参数要求也十分严格。这些因素使得具有光子晶体结构的辐射冷却材料难以在实际生活中大规模使用。辐射冷却涂料主要用于建筑物，但在实际应用中，涂料中的溶剂可能会腐蚀物体表面。另外，独特的光谱选择性，特别是在8-13μm波长范围具有高的发射率，是实现日间辐射降温的关键。然而，文献报道的辐射冷却材料的高红外发射波长大多覆盖了整个中红外范围。因此，开发能够适应不同气候条件，具有高光谱选择性，能够长时间稳定使用的辐射冷却材料是十分重要和迫切的。

发明内容

本发明提供了一种具有高拉伸性的高性能辐射冷却胶带及其制备方法，目的在于提供了一种可拉伸的辐射制冷材料，克服现有的辐射制冷材料脆弱，光谱选择性差，同时辐射制冷结构复杂的缺陷。通过在有机聚合物中掺杂无机颗粒提高有机-无机复合结构在太阳辐射范围的反射率和在8-13μm中红外范围的发射率，这种与基底无关的光谱选择性使得辐射冷却胶带具有日间降温的能力。塑化剂的掺杂在保证复合结构光谱选择性的前提下，提高复合结构的拉伸性。丁腈橡胶作为粘结层，为辐射冷却胶带提供了较强的粘结强度。

本发明提供一种可拉伸辐射冷却胶带，所述胶带包含聚(4-甲基-1-戊烯)，二氧化钛颗粒，邻苯二甲酸二辛酯以及丁腈橡胶。

所述二氧化钛颗粒的尺寸在20-1000nm。二氧化钛颗粒填充聚(4-甲基-1-戊烯)的复合结构具有与基底无关的光谱选择性，即太阳辐射范围的高反射率和8-13μm中红外范围的发射率。

所述邻苯二甲酸二辛酯作为增塑剂，可以大幅度的提高胶带的拉伸性能。所述有机-无机复合结构中，二氧化钛颗粒的体积与聚(4-甲基-1-戊烯)和邻苯二甲酸二辛酯的总体积之间的比例从0:100到50:50。