亚磷酸镁被动制冷材料的改性与应用研究

发布时间：2020-05-06 11:20

【摘要】：“城市热岛效应”是城市气候最明显的特征之一,造成该效应原因之一为城市密集的人工构筑物大量吸收太阳辐射,使得表面温度过高从而向大气辐射热量。为降低高温带来的影响,空调等主动制冷方式广泛使用,激增的能耗反过来进一步加剧了热岛效应。被动制冷材料通过对太阳辐射的高反射减少热量的吸收,同时通过大气窗口(8~13μm)以辐射的方式将热量散发到外太空(~3 K),从而有效地降低材料的温度,这开启了缓解“城市热岛效应”的新思路。本文运用水热法,通过添加氟、钙离子合成改性亚磷酸镁晶体,通过对比晶体粉末的太阳光谱反射及红外发射性能,选出综合性能较好的新型晶体Ca_(0.5)Mg_(10.5)(HPO_3)_8(OH)_3 F_3(以下简称CFM),利用XRD、FTIR、TG-DSC等方法对CFM物相及结构进行表征,通过能带理论、SEM显微形貌、颗粒粒径分析对CFM样品的高太阳光谱反射率提出合理理论解释,通过Rietveld精修、FTIR等方法阐述CFM的微观结构,并从分子键的红外吸收、键长键角变化、缺陷等方面解释样品高发射机制。以CFM样品为功能填料,控制单一变量法确定了CFM功能涂层的成膜剂种类、最佳填料粒径、涂层厚度。通过对三种制冷装置下CFM涂层制冷效果的评估,挑选出最为合理的测试装置及条件,并得出具有价值的制冷评估指标。全文研究结论如下:(1)在研究氟、钙添加量对改性样品的反射率和发射率影响时,得出在x=3,y=0.5配比下获得的CFM晶体综合性能较好,其太阳光谱反射率可达0.98以上,宽谱(2.5~20μm)红外发射率可维持在0.920水平,大气窗口(8~13μm)发射率为0.91。(2)通过计算得到CFM样品的禁带宽度为5.75eV,表明超宽的带隙使其尽可能少吸收太阳光;SEM照片显示CFM粉体颗粒的特殊微纳结构及尺寸满足发生瑞利及米氏双散射的条件,太阳光与粒子间强烈的复合散射作用进一步加强了CFM晶体的反射能力。CFM样品高的红外发射率主要来源于结构中丰富种类的分子键的红外吸收。此外,由于掺杂引起结构扭曲变形、晶格中的空位等缺陷加剧了晶格畸变,造成应力,从而加强样品的红外发射性能。(3)在探究成膜剂种类、填料粒径、涂层厚度对涂层反射及发射性能的影响时,分别得到:PVDF成膜得到涂层的综合性能最佳;颗粒粒径较大其反射率较高,而粒径对发射率影响不明显;涂层越厚,涂层的反射率及发射率也就越高。同等条件下,CFM涂层的反射及发射性能优于商用白色涂料、TiO_2等功能涂层。(4)真实环境下,在太阳辐照度接近900 W/m~2夏季的正午时分,CFM涂层表面温度较环境温度低5.1oC,最大制冷功率接近86 W/m~2,夜间最大温差超过4℃。冬季白天时段CFM涂层表面温度与环境温度的最大温差可达2.3℃,夜间较环境温度低近2℃。
【图文】：

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第一章绪论见越远离地面，温度越低，外层空间与近地面形成了巨大的温度差。如此可源源不断地向外太空辐射热源，，从而实现自冷却，如屋顶的自冷却、温冰晶的形成等。而这种自冷却现象以释放红外线的形式实现，故称之为红外表面辐射的红外线要想进入外太空则需穿透地球厚厚的大气层，而大气中体分子和微小颗粒对特定波长的红外线具有吸收作用，一定条件下又将吸辐射至地面，从而阻碍物体热量向外太空的持续输出。故想要实现净的辐大气吸收特性进行了解。

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气体种类所占体积含量（%）气体种类所占体积含量（N278.084 CH40.00016O220.9476 N2O 0.000028Ar 0.934 CO 0.0000075CO20.0322 氙 0.0000087氖 0.00181 H20.00005氪 0.00011 H2O、O3等其他 0.0000138于大气窗口的讨论由来已久，文献报道涉及 3 ~5μm、8~13μm 和 16~23光谱段[19]，图 1-3 展示了大气对连续波长的红外线透过率情况。实际上，区纬度及季节的差异，大气对于红外线的透过率和波长范围具有一定的差，地球各地区近地面上方的大气对于 8~13μm 的红外线具有最高的透过率面发射出的处于 8~13μm 范围的红外线可直接透过大气进入外层空间，从出。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ132.2;TB64

【参考文献】