多孔PMMAPDMS用于辐射制冷

更新时间：2025-12-16 作者：米乐客户端

  现在对蒸汽紧缩制冷技能的依靠与高能耗和很多制冷剂的开释有关，加重了环境问题。这些体系中热循环的继续运转耗费了不行再生的化石燃料，添加了碳排放，并进一步加重了全球变温暖城市热岛效应的影响。因而，火急地需求探究既节能又环保的代替制冷技能。为了应对这一应战，人们对探究可再次出产的动力和开发不需求动力耗费的冷却解决方案的爱好日益稠密。其间，被迫日间辐射冷却 (PDRC) 已成为一种新颖且有出路的办法。PDRC 经过热辐射下降物体的温度，将热量从较温暖的外表散发到较冷的环境中，而无需额定的电能或发生污染物。当物体与外太空之间有明显温差 (3 K) 时，PDRC 会依据物体的资料特性完成自发热辐射。当辐射热丢失超过从周围环境取得的热量时，就会完成冷却。

  本研讨选用相别离和叶片涂层技能，运用聚合物和空气之间的折射率差 (n = 1) 将通明 PMMA 聚合物转化为多孔 PMMA 涂层，以完成有用的太阳光散射。该进程首先将 PMMA 颗粒与 DMAC 和去离子水混合，聚合物含量固定为 23 wt%。非溶剂含量调整为 0、2.3、4.6 和 5.8 wt%。充沛混合后，运用刀片式涂布机将溶液涂布到玻璃基板上，保证基板不会影响涂层的光学特性。然后将包被的样品在室温下风干，得到终究的 P-PMMA 涂层。此外，将进一步调整 P-PMMA 涂层的厚度，并研讨其光谱剖析成果。

  预制的 P-PMMA 涂层用作双层结构的底层。经过将基剂、固化剂和叔丁醇以 1：0.1：0.25 的质量比混合，然后加热和拌和 1 小时以开端预固化来制备 PDMS 顶层。在涂布之前，混合物经过超声波处理。然后运用刮刀涂布机将 PDMS 涂覆到 P-PMMA 层上。PDMS 层的厚度是依据对各种厚度的发射光谱的模仿来确认的，然后能够挑选最佳厚度。涂层后，样品经过热固化，构成完好的 PDRC 双层结构。

  为了验证样品在下降温度方面的有用性，规划了一个野外试验设备，如图1(a) 所示。该设备运用高绝缘聚苯乙烯泡沫作为首要结构组件，以最大极限地削减环境热传导对样品的影响。鉴于 LDPE 膜具有高透射率，每个腔室的顶部都掩盖有低密度聚乙烯 (LDPE) 薄膜，以将样品与环境对流热效应阻隔开来。室外试验设备由几个腔室(4 cm × 4 cm × 5 cm)组成，每个样品放置在独自的腔室中，如图1(b) 所示。

  图1.(a) 野外试验设备、太阳能日射强度计和气象站;(b)几个独立的样品放置室;(c) 室外试验设备示意图。

  选用 UV-Vis-NIR 光谱法丈量 P-PMMA 涂层的反射光谱，如图2(a) 所示。在某些 UV 波段中，涂层的太阳反射率略高于 100%，这可能是因为涂层的反射率高于 BaSO₄ 参考值。在Huang等和Jing等之前的研讨中也调查到了相似的现象。整体而言，含水量的添加导致均匀太阳反射率更高。具体来说，在含水量为4.6 wt%的情况下，均匀太阳反射率到达96.2 %。但是，当含水量为5.8 wt%时，均匀反射率略有下降。依据SEM剖析，在含水量为4.6 wt%时，孔径散布首要在0.5-2.5 μm规模内，有用地散射了太阳光谱中最强的部分，并完成了最高的均匀太阳反射率。但是，在含水量为5.8 wt%时，过高的水浓度会导致孔径添加，逐步使Mie散射规模从0.5 μm的波长搬运出去。这一特性下降了米氏散射的有用性，导致均匀太阳反射率下降到94.1%。

  如图4(a)所示，初始 P-PMMA 涂层的均匀太阳反射率为 98.1 %。涂覆150 μm厚的 PDMS 层后，因为 PDMS 的低反射率特性，PDMS/P-PMMA 双层涂层的反射率略有下降。具体来说，它在紫外 (0.3 μm)和近红外(1.1–2.5 μm)区域的反射率下降，导致均匀太阳反射率为 96.7 %。虽然反射率有所下降，但反射率依然优于商业涂料。在图5(b) 中，大气窗口规模内的发射光谱显现，初始P-PMMA涂层的均匀发射率为 88.28 %。跟着 PDMS 层的添加，均匀发射率添加到 94.5 %，这与单个 PDMS 层的发射率适当。

  在图5 中，在热平衡条件下，P-PMMA 和 PDMS/P-PMMA 涂层在低于环境和温度下均表现出冷却功能。

  红外热像仪能够开始用于评价物体之间的温差。运用红外热像仪评价了 PDMS/P-MMA 涂层和商业涂层的冷却功能，如图6所示。图画提醒了 PDMS/P-PMMA 和商业涂层之间的色彩差异，并标明商业涂层的温度为 36.8 °C，而 PDMS/P-PMMA 涂层的温度低了约 5 °C，如图6(a) 所示。此外，将 PDMS/P-PMMA 涂层涂覆在木材外表的一半上，涂层区域和未涂层区域之间的温差为 2 °C，如图6(b)所示。这些依据成果得出，PDMS/P-PMMA 涂层在阳光直射下大大下降了温度(没有 LDPE 薄膜掩盖)。

  在这项研讨中，运用相别离和叶片涂层技能成功开发了多孔 PMMA (P-PMMA) 涂层。经过改动非溶剂(水)的浓度，定制了 P-PMMA 涂层的孔径散布。UV-Vis-NIR 光谱显现，P-PMMA 涂层的均匀太阳反射率高达约 98.1%。在 150 μm 处挑选最佳 PDMS 厚度后，PDMS/P-PMMA 涂层在大气窗口规模内的均匀太阳反射率约为 96.7%，均匀发射率约为 94.5%。PDMS 顶层将疏水角明显提高至 121.13°。理论核算标明，PDMS/P-PMMA涂层的日间冷却功率到达77.28 W/m2，而夜间冷却功率到达 120.66 W/m2.在室内冷却试验中，与腔室环境比较，PDMS/P-PMMA 涂层将温度均匀下降了约 15 °C。在室外试验中，与腔室内的空气温度比较，涂层将温度下降了最高约 6.7 °C。红外热成像还证明，PDMS/P-PMMA 涂层木材的温度较低。综上所述，本研讨开发的 PDMS/P-PMMA 双层涂层易于制作、本钱效益高，具有大规模制作的潜力。理论核算和试验成果(包含室内和室外冷却测验和红外热成像)都证明了这种涂层表现出杰出的冷却功能。

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