PDMSZrO2SiO2超疏水辐射制冷薄膜的制备及性能 .pdfVIP

辐射制冷作为一种自然现象在20世纪60年代首次被系统地研究，研究人员

提出通过设计在8~13μm具有高发射率的材料上实现夜间辐射制冷。相比之下，

获得日间辐射制冷的难度更高、更具挑战，但其对建筑物、光伏设备、人体热管

理等更具现实意义，引发了许多学者的研究兴趣。

然而，大多数辐射制冷材料在户外应用时容易被污染从而影响其光学性能并

降低降温效果，因此，提高辐射制冷材料的防污性能对于延长其服役寿命具有重

要意义。超疏水表面具有特殊的浸润性，可以在材料遭受外界污染时，利用水珠

在其表面滚落时带走污染物而不影响材料本身的特性。

本研究以具有高红外发射特性的低表面能聚合物PDMS为基体，通过共混法

引入高折射率的ZrO纳米粒子并结合简单的喷涂法，以获得内部随机分布ZrO

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纳米粒子、表面具有粗糙结构的超疏水辐射制冷薄膜，并对其进行结构表征和性

能测试。

摘要：被动日间辐射制冷（PDRC）技术由于不需要外部能源、绿色清洁无

污染而受到广泛关注。将聚二甲基硅氧烷（PDMS）和ZrO粒子混合形成分散液，

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再将其浇铸成膜后得到PDMS/ZrO辐射制冷薄膜，然后通过喷涂PDMS/SiO分

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散液对其进行疏水化处理制备了一种PDMS/ZrO/SiO超疏水辐射制冷薄膜。对

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ZrO2粒径和喷涂液中SiO用量进行了优化。结果表明，当ZrO为500nm，SiO

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用量为3.0%（以乙酸乙酯质量计）时，制得的PDMS/ZrO2/SiO薄膜的表面接触

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角可达156°±2，°滚动角为0.3°±0.1，表现出°优异的自清洁性能。其太阳光反射

率高达95.3%，红外发射率90%。在太阳光直射下，薄膜可实现平均低于环境温

度9.99℃的降温效果。薄膜的自清洁性能使其表面不受泥土污染，从而具有稳

定持久的辐射降温功能。此外，薄膜具有优异的机械性能、耐摩擦性能以及耐酸

/碱溶液和紫外光照稳定性。

结论

通过将PDMS/ZrO分散液浇铸成膜得到辐射制冷薄膜，结合PDMS的高红外

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发射率和低表面能、ZrO的高折射率以及SiO的粗糙结构和高发射率，使用

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PDMS/SiO喷涂液对其进行疏水化处理得到表面具有粗糙结构的超疏水辐射制

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冷PDMS/ZrO/SiO薄膜。当ZrO粒子粒径为500nm、SiO用量为3.0%时，薄膜

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的疏水性和辐射制冷性能最好。所制得的薄膜的表面CA可达156°±2°，SA小于1°，

结合PDMS/ZrO/SiO薄膜的超疏水性和低黏附性使其具有优异的自清洁性。太

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阳光反射率可达95.3%，红外发射率大于90%，具有优异的光学性能。在实际户

外测试中，可实现最高12.3℃、平均9.99℃的辐射制冷效果。优异的超疏水性

使薄膜在不同pH溶液浸泡168h后和在紫外灯照持续照射168h后仍具有超疏

水性，其平均降温效果与原始薄膜相差不大，具有一定的稳定性。PDMS/ZrO/SiO

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薄膜的超疏水性经手指摩擦