Page 100 - 《精细化工》2022年第11期
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·2250·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

                 人口快速增长和工业化加剧了全球变暖，通过                          1   实验部分
            制冷以确保生活环境的舒适变得越来越必要。然而，
                                                               1.1   试剂与仪器
            传统的基于压缩制冷技术的空调、风扇等在长时间
                                                                   PDMS（Sylgard 182 硅胶弹性体组合，包含
            使用时不仅会消耗能源，还会损害人体健康。此外，
                                                               PDMS 预聚体 A 和固化剂 B 组分），工业级，美国
            由此产生的臭氧空洞、温室效应、城市热岛效应等
            环境问题也是制冷技术面临的巨大挑战                   [1-2] 。        Dow Chemical 公司；ZrO 2 粒子（粒径分别为 50、
                                                               100、200、500 nm 和 1~2 μm），河北安迪金属材料
                 辐射制冷作为一种自然现象在 20 世纪 60 年代
                                                               有限公司；疏水 SiO 2 （粒径 20 nm），上海馨朝新材
            首次被系统地研究，研究人员提出通过设计在 8~13 μm
            具有高发射率的材料上实现夜间辐射制冷                    [3-4] 。相比    料有限公司；乙酸乙酯，AR，天津市富宇精细化工
                                                               有限公司。
            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       [5-6] 、光伏设备   [7-8] 、人体热管理    [9-10]      S-4800 型场发射扫描电子显微镜，日本日立公
                                                               司；OCA20 型视频光学接触角测量仪，德国德飞公
            等更具现实意义，引发了许多学者的研究兴趣。
                                                               司；Cary 5000 型紫外-可见-近红外分光光度计，美
                 根据辐射制冷材料的基本制冷原理，满足日间
            高效辐射制冷要求的关键参数有 2 个：（1）在大气                          国安捷伦公司；Nicolet IS 50 型傅里叶变换红外光谱
            透明窗口波段范围（8~13 μm）对热红外具有高发射                         仪，美国赛默飞世尔公司；UTM-2102 型微机控制
            性；（2）在太阳光谱波段范围（0.3~2.5 μm）对太阳                      电子万能试验机，济南科盛试验设备有限公司。
            光具有高反射性        [11-13] 。辐射制冷器应向寒冷的宇宙               1.2   实验方法
                                                               1.2.1  PDMS/ZrO 2 辐射制冷薄膜的制备
            辐射尽可能多的热量，同时减少对太阳光的吸收，
                                                                   首先，称取 5.0 g PDMS 预聚体 A 和 0.5 g 固化
            从而使吸收的热辐射小于发射的热辐射以达到降温
                                                               剂 B 溶解于 42.0 g 乙酸乙酯中，随后往该溶液中加
            的目的。然而，大多数辐射制冷材料在户外应用时
                                                               入 ZrO 2 粒子 2.5 g，并搅拌 2 h 形成 PDMS/ ZrO 2 分
            容易被污染从而影响其光学性能并降低降温效果，
                                                               散液；将配制好的 PDMS/ZrO 2 分散液倾倒在直径为
            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，                            90 mm 的平底培养皿中，再将其放入烘箱中，在
            可以在材料遭受外界污染时，利用水珠在其表面滚落                            65 ℃下固化 24 h 后，将涂层从培养皿中剥离，即可
            时带走污染物而不影响材料本身的特性                 [14-16] 。目前，     获得 PDMS/ZrO 2 薄膜，其厚度通过调节分散液的倾
            制备超疏水表面的方法主要有 2 种：一种是采用疏                           倒量进行控制。制备过程示意图如图 1 所示。

            水材料构建粗糙结构；另一种是先构筑粗糙表面结
            构，然后采用低表面能物质对粗糙表面进行修饰。
                 聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种高分子聚合
            物弹性体，不仅具有良好的疏水性、耐磨性和化学

            惰性，在中红外波段也具有优异的光学性能，常被
                                                                        图 1  PDMS/ZrO 2 薄膜制备示意图
            用于制备超疏水材料          [17-18] 和辐射降温材料    [19-20] ；二   Fig. 1  Schematic diagram of PDMS/ZrO 2  film preparation
            氧化锆（ZrO 2 ）纳米粒子化学性质不活泼，具有高
            折射率（RI）和宽带隙（>4.0 eV），适合作太阳光                        1.2.2  PDMS/ZrO 2/SiO 2 超疏水辐射制冷薄膜的制备
            反射粒子     [21] ；疏水纳米二氧化硅（SiO 2 ）是一种具                    首先，分别称取 5.0 g PDMS 预聚体 A 和 0.5 g
            有高红外发射特性的无机纳米颗粒                 [22-23] ，其应用于      固化剂 B 溶解于 43.25 g 乙酸乙酯中，随后往该溶
            涂层表面不仅可以提供纳米粗糙结构，而且可以提                             液中加入不同用量的疏水 SiO 2 纳米粒子（以乙酸乙
            高材料的疏水性        [24-25] 。                           酯的质量计，下同），搅拌 2 h 形成 PDMS/SiO 2 均匀
                 本研究以具有高红外发射特性的低表面能聚合                          分散液。控制喷枪型号为荣陈 K-3、喷涂液用量为
                                                               30 g、喷涂距离为 50 cm，使用喷枪将 PDMS/SiO 2 分
            物 PDMS 为基体，通过共混法引入高折射率的 ZrO 2
            纳米粒子并结合简单的喷涂法，以获得内部随机分                             散液   喷涂在 PDMS/ZrO 2 薄膜上，确保喷射液覆盖
            布 ZrO 2 纳米粒子、表面具有粗糙结构的超疏水辐射                        整个样品并控制喷涂时间为 3 min 以达到均匀喷涂，
            制冷薄膜，并对其进行结构表征和性能测试。旨在                             然后将样品放入烘箱于 65  ℃ 固化 24 h，得到
            通过这种简单、方便的方法为提高辐射降温材料的                             PDMS/ZrO 2/ SiO 2 超疏水辐射制冷薄膜。其制备过程
            防污性和功能持久性开辟新途径。                                    示意图如图 2 所示。
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