一种微纳核壳相变粒子涂层及其制备方法和应用

本发明属于涂层，具体涉及一种微纳核壳相变粒子涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在现代热管理应用中，主动式制冷技术普遍被使用，这些技术依赖于消耗电力的机械系统，如蒸汽式压缩制冷机和风扇，这常常带来极高的能源消耗和大量的温室气体排放，建立被动式热管理技术将有效缓解这一现状。

2、辐射冷却技术作为一种被动式热管理技术，通过其独特的工作机制——反射几乎全部的太阳光并增强在大气窗口(8～13μm)范围内的红外辐射，实现了高效的散热功能，显著减少了对外部能源的依赖。然而，受黑体辐射定律的限制，目前高性能辐射冷却器的最大制冷功率可以达到100w/m2，多数辐射冷却器的冷却功率停留在60w/m2～80w/m2区间，制冷功率相对较低，面对高功率户外电子设备以及极端炎热条件则无法满足散热需求。且由于大气透过率受环境因素的影响较大，湿度增加会引起大气透过率下降，使辐射冷却器承受更大的大气辐射热负荷，削弱辐射冷却性能。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、针对目前热管理极高能源消耗和大量温室气体排放的问题，本发明提出一种以相变材料为核，高折射率金属氧化物材料为壳的微纳核壳相变粒子，利用核和壳层材料折射率的差异提升辐射冷却性能的同时，进一步采用相变材料高效利用内部核空间，实现高效储能吸热，增强冷却性能。制备的微纳核壳相变粒子涂层在高温高湿条件下传统辐射冷却涂层失效时仍可实现低于环境温度的温降，实现高效的被动式散热。

3、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

4、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种微纳核壳相变粒子涂层。

5、为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案，所述涂层由微纳核壳相变粒子和粘结剂混合组成；

6、其中，所述微纳核壳相变粒子与粘结剂的质量比为1～5∶1；所述微纳核壳相变粒子为核壳结构，壳材为烷氧基金属氧化物，芯材为长链碳氢化合物。

7、作为本发明所述微纳核壳相变粒子涂层的一种优选方案，其中：所述烷氧基金属化合物包括钛酸正丁酯、铝酸三异丙酯、锆酸正丁酯中的一种或多种。

8、作为本发明所述微纳核壳相变粒子涂层的一种优选方案，其中：所述长链碳氢化合物的相变融化温度为20～40℃，链长为16～20个碳原子。

9、作为本发明所述微纳核壳相变粒子涂层的一种优选方案，其中：所述长链碳氢化合物包括正十六烷、正十八烷、正二十烷中的一种或多种。

10、作为本发明所述微纳核壳相变粒子涂层的一种优选方案，其中：所述粘结剂包括有机粘结剂或无机粘结剂；所述有机粘结剂包括聚二甲基硅氧烷、丙烯酸树脂；所述无机粘结剂包括硅酸钾。

11、作为本发明所述微纳核壳相变粒子涂层的一种优选方案，其中：所述微纳核壳相变粒子涂层的太阳全波段反射率为84％～93％，5～20μm波段的发射率为94％～95％，相变焓值为60～82j/g。

12、本发明再一的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种微纳核壳相变粒子涂层的制备方法。

13、为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案，包括，

14、5％～15％长链碳氢化合物与0.5％～1.5％表面活性剂、70％～85％甲酰胺、7.5％～15％烷氧基金属氧化物搅拌混合后进行超声分散，得到稳定的非水相水包油乳液体系；

15、以0.1ml/min～1ml/min的速率向体系中加入甲酰胺和水，诱导烷氧基金属化合物发生持续水解反应；反应完全后，老化，多级离心分离后过滤溶液中的白色沉淀，用去离子水洗涤数次，室温干燥，即得到微纳核壳相变粒子，其中，所述微纳核壳相变粒子的核壳质量比为1∶0.5～4；

16、将微纳核壳相变粒子与粘结剂混合均匀，得到涂料；

17、涂料通过喷涂、或刮涂、或刷涂到无污染、粗糙的基底表面，固化后得到微纳核壳相变粒子涂层。

18、作为本发明所述微纳核壳相变粒子涂层制备方法的一种优选方案，其中：所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵；所述甲酰胺和水的体积比为20～40∶1。

19、作为本发明所述微纳核壳相变粒子涂层制备方法的一种优选方案，其中：所述搅拌混合的温度为50～80℃，转速为300～500rpm，搅拌时间为1～4h；超声分散的功率为300～500w，时间为5～20min。

20、本发明再一的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种微纳核壳相变粒子涂层在建筑节能、电子设备热管理中的应用。

21、本发明有益效果：

22、(1)本发明制备的微纳核壳相变粒子涂层具有优异的光热性能，太阳全波段反射率最高可达93％，5～20μm波段的发射率最高可达95％，相变焓值达60～82j/g，可有效提高冷却效果。

23、(2)本发明的微纳核壳相变粒子突破了最大制冷功率受黑体辐射定律的限制，利用核和壳层材料折射率的差异提升辐射冷却性能的同时，进一步采用相变材料高效利用内部核空间，实现高效储能吸热。

24、(3)本发明通过在非水相水包油乳液体系中采用自组装和表面原位缩聚法进行制备，可以很好地控制烷氧基金属化合物的水解速率，形成核壳结构显著、表面形貌光滑的相变粒子，具有高度的灵活可控性。

25、(4)本发明的制备方法简单，制作成本低廉、生产规模扩展性强，具有最大规模化利用潜力的形式之一。

26、(5)本发明制备的涂料不受基底表面形状限制，可在不同材料表面形成稳定的涂层，可广泛应用于建筑外立面及其他电子设备表面的刷涂，实现降温冷却效果。

技术特征：

1.一种微纳核壳相变粒子涂层，其特征在于：所述涂层由微纳核壳相变粒子和粘结剂混合组成；

2.如权利要求1所述的微纳核壳相变粒子涂层，其特征在于：所述烷氧基金属化合物包括钛酸正丁酯、铝酸三异丙酯、锆酸正丁酯中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的微纳核壳相变粒子涂层，其特征在于：所述长链碳氢化合物的相变融化温度为20～40℃，链长为16～20个碳原子。

4.如权利要求3所述的微纳核壳相变粒子涂层，其特征在于：所述长链碳氢化合物包括正十六烷、正十八烷、正二十烷中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的微纳核壳相变粒子涂层，其特征在于：所述粘结剂包括有机粘结剂或无机粘结剂；所述有机粘结剂包括聚二甲基硅氧烷、丙烯酸树脂；所述无机粘结剂包括硅酸钾。

6.如权利要求1所述的微纳核壳相变粒子涂层，其特征在于：所述微纳核壳相变粒子涂层的太阳全波段反射率为84％～93％，5～20μm波段的发射率为94％～95％，相变焓值为63～82j/g。

7.如权利要求1所述的微纳核壳相变粒子涂层的制备方法，其特征在于：包括，

8.如权利要求1所述的微纳核壳相变粒子涂层的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵；所述甲酰胺和水的体积比为20～40∶1。

9.如权利要求6所述的微纳核壳相变粒子涂层的制备方法，其特征在于：所述搅拌混合的温度为50～80℃，转速为300～500rpm，搅拌时间为1～4h；超声分散的功率为300～500w，时间为5～20min。

10.如权利要求1所述的微纳核壳相变粒子涂层在建筑节能、电子设备热管理中的应用。

技术总结本发明公开了一种微纳核壳相变粒子涂层及其制备方法和应用，属于涂层技术领域。本发明将长链碳氢化合物包裹在金属氧化物壳层中形成微纳核壳相变粒子，该粒子与粘结剂混合组成所述微纳核壳相变粒子涂层。本方法制备简单，成本低，所制备的涂层在太阳波段的反射率为93％～98％，5～20μm发射率为95％～97％，相变焓值为60～90J/g。涂层利用核和壳层材料折射率的差异提升辐射冷却性能的同时，进一步采用相变材料高效利用内部核空间，实现高效储能吸热，增强冷却性能。从而在高温高湿条件下传统辐射冷却涂层失效时仍可实现低于环境温度的温降。且所制备的涂层具有较好的环境耐候性，适合大面积的喷涂及广泛的应用。技术研发人员：范德松,朱广昊,闫震,李强,翟化天受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4