一种辐射制冷户外BN/CNF/EP散热涂层及其制备方法与应用与流程

本发明属于辐射制冷，具体涉及一种辐射制冷户外bn/cnf/ep散热涂层及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着人口增长、工业发展以及人们对舒适性环境的追求不断提高，21世纪对于制冷领域的能源需求急剧增长。目前传统的蒸汽压缩式制冷技术面临着诸如能源消耗大、制冷剂的使用引发温室效应等问题。因此，不同于传统制冷技术、新型环保的辐射制冷技术受到研究者们的广泛关注。辐射制冷技术是通过“大气透明窗口(8～13μm)”向低温的外太空发射热辐射以降低自身温度的一种新型冷却技术，整个过程中没有外部能量的输入，具有被动、高效、可持续的特点。与传统的制冷技术相比，辐射制冷是一种无能耗、无污染、低碳环保的被动制冷技术，因此近年来在节能领域极具吸引力并受到了广泛关注。

2、基于经典热辐射理论，一切温度高于绝对零度的物体都会以电磁波的形式向外太空发射能量，而大气层中的气体分子会在一定波段内阻碍热辐射向太空的散失。只在8～13μm波段允许热辐射传递，该波段被称为“大气透明窗口”(也称“大气窗口”)。基尔霍夫定律表明，热平衡状态下的物体，其辐射出射度和物体吸收之比等于辐射照度，即物体的辐射率(也称发射率)等于吸收率。另外，光学研究表明，电磁波入射到不同介质的交界面上，发生反射、透射和吸收后有：反射率+吸收率+透过率＝1。因此，优异的辐射制冷材料需要具有较高的太阳光谱(0.3～2.5μm)反射率和“大气透明窗口”辐射率。

3、根据辐射制冷的原理，目前的辐射制冷材料主要由高反射性材料和高辐射性材料组成，以减少其对太阳能量的吸收并增强辐射热量，实现辐射制冷。高反射性材料通常选择具有高反射率的ag、al等金属材料，以及开发精细复杂的分级多孔结构、光子晶体、微纳仿生结构和超材料等。然而，这些材料对于加工工艺和环境要求较高，成本也较高，难以大规模的应用和推广。目前高辐射性材料通常选择具有声子共振的二氧化硅和聚二甲基硅氧烷等硅氧基材料，选择范围单一，而且硅氧基材料在可见光内的高透过率会降低辐射制冷性能。

4、氮化硼是一种具有六方层状结构的二维材料，得益于其独特的二维形状带来的高散射效率以及高达1700-2000w/(m·k)的理论热导率，氮化硼材料同时具有高太阳反射率和低热阻，在实现辐射制冷的同时能够快速散热，进一步降低户外设备的温度，非常适合应用于高导热辐射制冷材料。

5、近年来，户外的电力设备和电子设备等对冷却的需求逐渐增加，户外的电力设备和电子设备在使用过程中不仅要面临阳光的大量能量输入，其自身还会产生大量热量。为了使户外设备在工作时保持较低的温度，不仅要减少外部热量的输入，还要将其内部热量快速传导并耗散。因此将辐射制冷技术应用于户外的电力设备和电子设备的散热降温时，要求辐射制冷材料不仅具有高反射率和高发射率，还需要具备高导热率。

6、公开号为cn110628325a，申请日期为2019年10月31日的中国专利公开了一种辐射制冷涂层，包括反射隔热层以及设置在所述反射隔热层上的罩面保护层，所述反射隔热层包括耐高温基材、耐高温辐射制冷颜填料以及其他助剂，所述反射隔热层对可见光以及红外光具有大于80％的反射率；公开号为cn110684463a，申请日为2019年10月31日的中国专利提供了一种辐射制冷涂料及其应用，所述辐射制冷涂料包括700～1000重量份的成膜物质、800～1200重量份的第一填料、100～150重量份的第二填料、80～100重量份的交联剂、20～30重量份的偶联剂、1～5重量份的催化剂、200～500重量份的有机溶剂，该发明通过成膜物质与填料的合理复配，使得辐射制冷涂料制成辐射制冷涂层后，既具有防涂鸦、易清洗的性质，又具有辐射制冷功能，可广泛应用于基体的外表面形成涂层。尽管传统的辐射制冷材料具有高反射率和发射率，已经实现了辐射制冷效果，但这类材料往往具有然较低的导热率，热阻大甚至还具有隔热效果。这就使得户外设备使用过程中产生的热量难以耗散，不仅会导致降温效果不理想，还可能导致设备内部过热等问题。

7、因此，为了进一步扩大无能耗、无污染的辐射制冷技术的应用领域，需要开发具有高导热率的辐射制冷材料，来解决户外电力、电子设备的散热问题，提升设备的使用安全性和寿命。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的缺陷，本发明提供一种辐射制冷户外bn/cnf/ep散热涂层及其制备方法与应用，所述的bn/cnf/ep散热涂层不仅高太阳反射率和高红外发射率，而且具有较高的粘附力、导热率以及耐环境老化的能力，能够满足户外电力、电子设备使用过程中散热降温的使用需求。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一在于提供一种辐射制冷户外bn/cnf/ep散热涂层，所述bn/cnf/ep散热涂层的组成成分包括氮化硼纳米片、纳米纤维素、环氧树脂及环氧树脂固化剂。

4、进一步的，所述bn/cnf/ep散热涂层厚度为190-210μm。

5、本发明的目的之二在于提供一种辐射制冷户外bn/cnf/ep散热涂层的制备方法，包括以下步骤：

6、s1、使用纸浆板制备纳米纤维素cnf悬浮液。

7、s2、将氮化硼纳米片bn分散在氧化后的纳米纤维素悬浮液中，研磨后得到氮化硼/纳米纤维素bn/cnf浆料。

8、s3、将bn/cnf浆料、环氧树脂ep按质量比例混合，搅拌均匀后加入环氧树脂固化剂继续搅拌，混匀后得到bn/cnf/ep散热涂料。

9、s4、采用自动刮刀涂膜机将上述bn/cnf/ep散热涂料均匀刮涂在基材上，固化干燥即制得bn/cnf/ep散热涂层。

10、进一步的，所述s1中使用四甲基哌啶氧自由基tempo、溴化钠nabr、次氯酸钠naclo对纸浆板进行氧化，反应过程中使用盐酸溶液hcl和氢氧化钠溶液naoh调节体系ph值，反应结束后将沉淀过滤、水洗，然后分散在去离子水中得到纳米纤维素cnf悬浮液。

11、进一步的，所述四甲基哌啶氧自由基tempo、溴化钠nabr、次氯酸钠naclo和纸浆板的用量比为0.16g：1g：62ml：10g；所述盐酸溶液hcl和氢氧化钠溶液naoh的浓度为0.1mol/l；调节体系ph值保持为10。

12、进一步的，所述s2中将bn加入纳米纤维素cnf悬浮液中，使用超细摩擦研磨机依次在不同刻度下以1500rpm研磨转速进行处理，得到bn/cnf浆料。

13、进一步的，所述s2中氮化硼纳米片bn和纳米纤维素cnf的质量比为3：1；纳米纤维素cnf悬浮液的固体含量为2％。

14、进一步的，所述s3中bn/cnf和环氧树脂及其固化剂的质量比为(1～3):(9～7)；搅拌的具体操作为在室温下将bn/cnf浆料和环氧树脂ep混合后置于磁力搅拌台上搅拌1～2h，而后加入环氧树脂固化剂后搅拌0.3-0.7h。

15、进一步的，所述s4中基材为不锈钢板、亚克力板及木头中的任一种；固化干燥条件为在60℃的烘箱中干燥1～2h。

16、本发明的目的之三在于提供一种辐射制冷户外bn/cnf/ep散热涂层在户外的电力设备和电子设备散热降温中应用。

17、相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

18、1、本发明设计了一种新型适用于户外电力、电子设备的辐射制冷bn/cnf/ep散热涂层，所述bn/cnf/ep散热涂层具有高太阳反射率(0.90-0.93)和高红外发射率(0.89-0.90)，户外降温效果能够达到10.5-11.3℃，不仅具有出色的户外辐射制冷能力，能够满足户外设备的散热降温使用需求，而且具有较高的粘附力、导热率以及耐环境老化的能力，在实现辐射制冷的同时能够快速将其内部热量快速传导并耗散，有利于提升设备的使用安全性和寿命。

19、2、本发明采用纤维素与氮化硼共研磨/分散的方法制备氮化硼纳米片，然后将得到的bn/cnf浆料与环氧树脂混合后固化，即可得到所述bn/cnf/ep散热涂层。整个制备流程无副产品产生，在固化成膜过程中不向大气中排放溶剂或其他挥发性有机化合物，实现了绿色无污染，对环境友好的生产。并且本发明直接混合制成涂料以及刮涂加工的制备方法简单高效，无需复杂的处理工序即可实现大规模工业生产与应用，降低了制造过程中的成本和难度。

20、3、户外的电力设备和电子设备等在使用过程中要面临阳光的大量能量输入，其自身还会产生大量热量。不同于常规辐射制冷材料导热率低，热阻大甚至还具有隔热效果，本发明所述bn/cnf/ep在实现辐射制冷的同时能够快速将户外电力、电子设备内部热量快速传导并耗散，避免设备使用过程中因产生的热量难以耗散而对降温效果造成的限制，以及设备内部过热影响其正常运作等问题，使在工作的户外设备可以保持较低的温度并进一步降低温度，有利于提升设备的使用安全性和寿命。