專利名稱：一種用紅外光譜篩選輻射致冷材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用紅外光譜篩選輻射致冷材料的方法，涉及一種篩選輻射致冷材料的方法，屬于材料科學(xué)與能源工程科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
科學(xué)家對(duì)大氣光譜透過特性的分析知道，大氣層對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波有不同的透射率，透射率較高的波長(zhǎng)段稱為“大氣窗口”，0.3-2.5μm、3.2-4.8μm和8-13μm就是這樣的“大氣窗口”。其中8-13μm波段是科學(xué)家們最感興趣的，因?yàn)槌叵碌暮隗w輻射主要集中在這一波段。通過輻射換熱，物體在不耗能的情況下，將自身熱量以8-13μm的電磁波形式排放到外宇宙絕對(duì)零度空間，達(dá)到自身冷卻的目的，這就是被動(dòng)式輻射制冷。
當(dāng)今，能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為世界兩大難題，研發(fā)出新能源，新技術(shù)已是刻不容緩的任務(wù)。被動(dòng)式輻射制冷技術(shù)是順應(yīng)了時(shí)代的要求，作為一種建筑物空調(diào)手段得到了蓬勃的發(fā)展的實(shí)例，是具有明顯的實(shí)際意義的，并被預(yù)言將會(huì)象半導(dǎo)體等功能材料的發(fā)展帶來電信和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的興起和發(fā)展一樣，給能源領(lǐng)域帶來重大的變革，使人類在環(huán)境保護(hù)和能源利用兩方面得到和諧的發(fā)展。
實(shí)現(xiàn)輻射制冷的關(guān)鍵是尋找理想的光譜選擇性材料。假設(shè)一理想選擇性輻射體，在8-13μm波段內(nèi)輻射率為1，而在8-13μm波段外反射率也為1，那么它就只在8-13μm波段內(nèi)吸收和輻射能量，而將8-13μm波段外的輻射全部反射掉，外空間通過大氣窗口透射的熱輻射只有很少一部分被輻射體吸收，而輻射體通過8～13μm窗口大量向外空輻射熱量，其結(jié)果是溫度將不斷下降。研究表明，具有這種特性的理想輻射體可以把物體表面的溫度降得比環(huán)境溫度低30℃之多。當(dāng)然這種理想的選擇性輻射體是不存在的，但是我們可以選擇一些光譜選擇性材料，通過復(fù)合或者組合，制成接近理想的選擇性輻射體。近十年來，已經(jīng)找到了一些不錯(cuò)的輻射制冷材料(例如聚四氟乙烯薄膜)。但是，有些材料的自然輻射冷卻極限功率均低于100W/m2，用它來改善人們居住和勞動(dòng)條件還是很不現(xiàn)實(shí)的。有些材料制備工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不宜用于大量生產(chǎn)。因而尋找更為優(yōu)良的輻射制冷材料，還將是其領(lǐng)域的首要任務(wù)。
關(guān)于在大千物質(zhì)世界如何尋找優(yōu)良的輻射制冷材料，目前國(guó)內(nèi)外并沒有系統(tǒng)科學(xué)的方法報(bào)道。李戩洪等人提出了查閱Sadtler IR標(biāo)準(zhǔn)光譜圖來選取合適的輻射制冷材料，但Sadtler IR標(biāo)準(zhǔn)光譜圖多達(dá)20多萬張，資料并沒有指出如何查閱譜圖。其他相關(guān)文獻(xiàn)只是零星的提出了某些優(yōu)良的輻射制冷材料，并驗(yàn)證其效果，但都沒有提到預(yù)先是怎樣篩選其材料的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)便有效的搜尋輻射制冷材料的方法。用該方法搜尋到的輻射制冷材料經(jīng)過驗(yàn)證，其致冷效果具有實(shí)際使用的價(jià)值。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明經(jīng)過長(zhǎng)期對(duì)輻射制冷材料的研究發(fā)現(xiàn)，光譜選擇性是輻射制冷材料的最大特征，因此從光譜分析出發(fā)在物質(zhì)世界尋找理想輻射制冷材料是一種值得嘗試的方法。發(fā)明人從紅外光譜譜圖(Sadtler IR標(biāo)準(zhǔn)光譜圖)的相關(guān)規(guī)律出發(fā)，結(jié)合計(jì)算機(jī)檢索技術(shù)提出了一種篩選輻射致冷材料的新方法，并通過對(duì)篩選的物質(zhì)進(jìn)行吸收比、發(fā)射比以及輻射致冷效果的測(cè)定，證實(shí)一種優(yōu)良的輻射致冷材料要求8-13μm有較高的輻射率。因?yàn)?，根?jù)基爾霍夫輻射定理在同樣的溫度下，各種不同物體對(duì)相同波長(zhǎng)的單色輻出度與單色吸收比之比值都相等，并等于該溫度下的黑體對(duì)同一波長(zhǎng)的單色輻出度。可見好的吸收體也是好的輻射體，因而只需要滿足在8-13μm波段內(nèi)有高的吸收率，便可以滿足輻射致冷材料的要求。本發(fā)明首先建立8-13μm(1250-769cm-1)理想吸收曲線；然后在紅外光譜的標(biāo)準(zhǔn)光譜圖計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(如Sadtler IR數(shù)據(jù)庫)采用最近似處理進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索；再在檢索出的結(jié)果中進(jìn)行人工細(xì)化辨別；最后對(duì)所篩選出材料的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)驗(yàn)證。具體步驟如下第一步，建立8-13μm理想吸收曲線；第二步，利用Sadtler IR紅外光譜的標(biāo)準(zhǔn)光譜圖計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中的搜索工具，采用最近似處理進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，將第一步建立的理想吸收曲線作為檢索比對(duì)對(duì)象，并將計(jì)算機(jī)識(shí)別匹配度設(shè)置為“基本匹配”，然后進(jìn)行檢索，搜尋出基本符合輻射致冷要求的材料；
第三步，將第二步的檢索結(jié)果得到的基本符合輻射致冷要求的材料進(jìn)行人工篩選，篩選出吸收峰8-13μm的具體位置及峰值為80-90％的材料，通過人工識(shí)別篩選得到的材料為符合輻射致冷要求的材料；第四步，對(duì)第三步所篩選出的材料進(jìn)行包括以下兩個(gè)方面的性能驗(yàn)證，A、材料發(fā)射率的測(cè)定將待測(cè)材料研磨成60目，然后用丙烯酸、有機(jī)硅作為膠粘劑按1∶0.05-0.1質(zhì)量比混合制成涂料，涂覆在40mm×40mm×1mm的鋁板基材試片上，將其置于無灰塵處晾干，制成測(cè)試樣板，再采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其發(fā)向發(fā)射率；B、材料輻射致冷效果的測(cè)定先制作一個(gè)有效制冷面積為100mm×50mm的輻射致冷裝置，該裝置的內(nèi)腔制冷空間尺寸為120mm×50mm×60mm，致冷空間四壁和底部用鋁板貼上，外圍有保溫材料，頂部有0.03mm的聚乙烯薄膜透明蓋板，然后將A步制作的測(cè)試樣板放入裝置的致冷空間內(nèi)腔，再將此裝置置于晴朗夜空下，測(cè)試裝置內(nèi)腔溫度，將內(nèi)腔溫度與環(huán)境溫度相比，下降幅度表示所選出的材料的輻射致冷效果。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明的篩選輻射致冷材料方法所建立的理想吸收曲線是有科學(xué)依據(jù)并符合實(shí)際情況的比對(duì)物，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中眾多材料與它比對(duì)搜索到的符合要求的材料后再用人工識(shí)別手段篩選，因此該方法具有快速、高效、范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
2.采用本方法可篩選出有機(jī)、無機(jī)及有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料，并進(jìn)一步用兩種方法進(jìn)行驗(yàn)證，確保所選到的材料性能并可按照應(yīng)用領(lǐng)域不同篩選符合要求的材料，結(jié)合材料的太陽波段吸收率作進(jìn)一步的優(yōu)化篩選工作，為篩選低吸收、高發(fā)射材料提供了良好基礎(chǔ)，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。


圖1為本發(fā)明篩選時(shí)制定的8-13μm理想吸收曲線圖2為本發(fā)明對(duì)篩選到的輻射致冷材料的致冷效果驗(yàn)證用的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖其中的圖標(biāo)說明如下1-蓋板；2-致冷空間；3-輻射致冷材料；4-保溫材料；5-外殼。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1請(qǐng)參閱圖1，圖2。
首先建立8-13μm(1250-769cm-1)理想吸收曲線；然后利用Sadtler IR數(shù)據(jù)庫中的搜索工具，將本發(fā)明的圖1所示的理想曲線作為檢索比對(duì)對(duì)象，并將計(jì)算機(jī)識(shí)別匹配度設(shè)置為“基本匹配”，然后在多達(dá)20多萬張sadtler IR標(biāo)準(zhǔn)光譜圖進(jìn)行檢索，再在檢索出的結(jié)果中以吸收峰位于8μm附近、且峰值超過80％為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行人工細(xì)化辨別發(fā)現(xiàn)氟化鈣材料是其中的一種輻射致冷材料。最后對(duì)所篩選出的氟化鈣材料的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)驗(yàn)證將其研磨成粉后(約60目)，與丙烯酸粘結(jié)劑(上海華誼丙烯酸有限公司生產(chǎn)，其有效成分含量≥99.6％)按1∶0.05(質(zhì)量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的鋁板基材試片上，置于室內(nèi)環(huán)境中晾干，制成測(cè)試樣板。采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其發(fā)向發(fā)射率為0.93。
輻射致冷效果先制作一個(gè)圖2所示的有效制冷面積為100mm×50mm的輻射致冷裝置，該裝置的內(nèi)腔致冷空間2的尺寸為120mm×50mm×60mm，致冷空間2四壁和底部用鋁板貼上，外圍有保溫材料4，保溫材料4的外圍由外殼5，頂部有0.03mm的聚乙烯薄膜透明蓋板1，然后將A步制作的涂敷了輻射致冷材料3的測(cè)試樣板放入裝置的致冷空間2內(nèi)，再將此裝置置于晴朗夜空下，測(cè)試裝置的致冷空間2內(nèi)溫度，將內(nèi)腔溫度與環(huán)境溫度相比，下降幅度表示所選出的材料的輻射致冷效果。經(jīng)本發(fā)明的輻射致冷實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得該材料的輻射致冷效果為10℃。將其涂覆于房屋頂面，測(cè)得其輻射致冷降溫效果為5℃。
實(shí)施例2采用與實(shí)施例1相同的做法，利用Sadtler IR數(shù)據(jù)庫中的搜索工具，將本發(fā)明圖1所示的理想曲線作為檢索比對(duì)對(duì)象，并將計(jì)算機(jī)識(shí)別匹配度設(shè)置為“基本匹配”，然后進(jìn)行檢索，最后在檢索結(jié)果中以吸收峰位于10μm附近、且峰值超過80％為標(biāo)準(zhǔn)，人工篩選出硫酸鋇材料，將其研磨成粉后(約60目)，與有機(jī)硅粘結(jié)劑(上海統(tǒng)帥有機(jī)硅材料有限公司生產(chǎn)，其有效成分含量≥90％)按1∶0.10(質(zhì)量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的鋼板基材試片上，置于室內(nèi)環(huán)境中晾干，制成測(cè)試樣板。采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其發(fā)向發(fā)射率為0.94。采用圖2所示輻射致冷實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得其輻射致冷效果為12℃，將其涂覆于房屋頂面，測(cè)得其輻射致冷降溫效果為6℃。
實(shí)施例3用實(shí)施例1相同做法利用Sadtler IR數(shù)據(jù)庫中的搜索工具，將本發(fā)明圖1所示的理想曲線作為檢索比對(duì)對(duì)象，并將計(jì)算機(jī)識(shí)別匹配度設(shè)置為“基本匹配”，然后進(jìn)行檢索，最后在檢索結(jié)果中以吸收峰位于11μm附近、且峰值超過90％為標(biāo)準(zhǔn)，人工篩選出Na2H2P2O7材料，將其研磨成粉后(約60目)，與有機(jī)硅粘結(jié)劑(上海統(tǒng)帥有機(jī)硅材料有限公司生產(chǎn)，其有效成分含量≥90％)按1∶0.10(質(zhì)量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的陶瓷板基材試片上，置于室內(nèi)環(huán)境中晾干，制成測(cè)試樣板。采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其發(fā)向發(fā)射率為0.95。采用圖2所示輻射致冷實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得其輻射致冷效果為13℃，將其涂覆于房屋頂面，測(cè)得其輻射致冷降溫效果為6℃。
實(shí)施例4如實(shí)施例1一樣，利用Sadtler IR數(shù)據(jù)庫中的搜索工具，將本發(fā)明圖1所示的理想曲線作為檢索比對(duì)對(duì)象，并將計(jì)算機(jī)識(shí)別匹配度設(shè)置為“基本匹配”，然后進(jìn)行檢索，最后在檢索結(jié)果中以吸收峰位于13μm附近、且峰值超過80％為標(biāo)準(zhǔn)，人工篩選出聚三氟氯乙烯材料，采用厚度約為0.1mm聚三氟氯乙烯薄膜用有機(jī)硅(上海統(tǒng)帥有機(jī)硅材料有限公司生產(chǎn)，其有效成分含量≥90％)將其粘附在40mm×40mm×1mm的石棉水泥板基材試片上，采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其發(fā)向發(fā)射率為0.93。采用圖2所示輻射致冷實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得其輻射致冷效果為11℃。將其粘附于房屋頂面，測(cè)得其輻射致冷降溫效果為4℃。
權(quán)利要求
1.一種用紅外光譜篩選輻射致冷材料的方法，其特征在于第一步，建立8-13μm理想吸收曲線；第二步，利用Sadtler IR紅外光譜的標(biāo)準(zhǔn)光譜圖計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中的搜索工具，采用最近似處理進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，將第一步建立的理想吸收曲線作為檢索比對(duì)對(duì)象，并將計(jì)算機(jī)識(shí)別匹配度設(shè)置為“基本匹配”，然后進(jìn)行檢索，搜尋出基本符合輻射致冷要求的材料；第三步，將第二步的檢索結(jié)果得到的基本符合輻射致冷要求的材料進(jìn)行人工篩選，篩選出吸收峰8-13μm的具體位置及峰值為80-90％的材料，通過人工識(shí)別篩選得到的材料為符合輻射致冷要求的材料；第四步，對(duì)第三步所篩選出的材料進(jìn)行包括以下兩個(gè)方面的性能驗(yàn)證，A、材料發(fā)射率的測(cè)定將待測(cè)材料研磨成60目，然后用丙烯酸、有機(jī)硅作為膠粘劑，按1∶(0.05-0.1)質(zhì)量比混合制成涂料，涂覆在40mm×40mm×1mm的鋁板基材試片上，將其置于無灰塵處晾干，制成測(cè)試樣板，再采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其發(fā)向發(fā)射率；B、材料輻射致冷效果的測(cè)定先制作一個(gè)有效制冷面積為100mm×50mm的輻射致冷裝置，該裝置的內(nèi)腔制冷空間尺寸為120mm×50mm×60mm，致冷空間四壁和底部用鋁板貼上，外圍有保溫材料，頂部有0.03mm的聚乙烯薄膜透明蓋板，然后將A步制作的測(cè)試樣板放入裝置的致冷空間內(nèi)腔，再將此裝置置于晴朗夜空下，測(cè)試裝置內(nèi)腔溫度，將內(nèi)腔溫度與環(huán)境溫度相比，下降幅度表示所選出的材料的輻射致冷效果。
全文摘要
一種用紅外光譜篩選輻射致冷材料的方法，涉及一種篩選輻射致冷材料的方法。首先建立8－13μm(1250－769cm
文檔編號(hào)G01N25/00GK1975385SQ20061014788
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日
發(fā)明者馬一平, 楊利香 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)