一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料

摘要

一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料，涉及一种低温下具有低发射率(小于0.30)、高温下具有高发射率(大于0.80)、且两种不同性质可在18℃左右发生可逆变化的材料。该材料由(La

说明书

技术领域

本发明涉及一种常温温致发射率大幅度可逆变化材料，属于材料科学与工程科学技术领域。

背景技术

房屋的冬暖夏凉是人类自古以来追求的梦想，遗憾的是现实中往往出现冬冷夏热，房屋建筑本身由于自身的限制很难达到冬暖夏凉的作用。近代以来，随着科技进步，建筑行业也步入高速发展阶段，各种新技术，新材料成功的运用到建筑上，很大程度的改善了建筑的功能，人类的居住环境也越来越舒适，但是营造建筑的冷热舒适环境的最常用方式是人工供暖供冷，这种方式大量消耗了地球宝贵的矿物能源，且污染环境，加剧全球温室效应。据统计，美国建筑能耗已占全美总能耗的40％，在我国仅采暖能耗也已占到全国总能耗的30％左右，且随着空调的普遍使用建筑能耗增势迅猛，能源和环境保护形势更加逼人，建筑行业的节能降耗迫在眉睫。

鉴于太阳能能量巨大，分布广，永久，清洁的优点，可充分利用其热量，另一方面，地球表面物体的温度远远高于深冷空间的温度，可进行辐射致冷，人们利用太阳能的热量和深冷空间的冷量来营造舒适的居住环境进行了大量的探索，如特朗伯墙，该墙在一年时间内，在室温控制在20℃的情况下提供了总需热量的70％。可调太阳墙，此墙在冬季可将室温提高7℃以上，在夏季可降室温5℃以上。TIM(Transparent Insulation Material)材料，该材料冬季利用墙面的黑色涂料吸收热量传到室内，夏季利用自动遮阳装置将太阳辐照几乎全部反射掉，装有TIM材料的住宅在断电后，住户能依赖太阳能安全而舒适地生活近两年。在辐射致冷方面，D.Michell和K.L.Biggs建立了以tedlar板为屋顶的房子，在环境温度为10℃，室内温度为5℃的时候，测得有效致冷功率为22W/m2。A.Adder等人建立了用辐射致冷材料作盖顶的房子，对室内外的温度作了对比和记录。J.A.Saobagh建立了白漆和铝板作盖顶的房子，测得致冷功率为50W/m2。

上述方法在营造建筑热舒适环境中取得了较好的效果，但是实际推广中却受到价格和空间等的限制。

建筑材料是建筑物的重要组成部分，其热效果会影响建筑物的热环境，构成建筑物的材料如地面、墙体和屋面使用的混凝土、砂浆、水泥、钢筋、砖、砌块、沥青等，其太阳吸收率和发射率与建筑物的热环境密切相关。此前的研究发现，材料日间暴晒效果主要受其太阳吸收率的影响，与发射率无关；材料夜间辐射致冷效果与发射率相关，与太阳吸收率无关。所以从调节建筑热舒适角度看，不同地区建筑对建筑材料热物性有不同的要求：寒冷地区要求材料高太阳吸收率，低发射率的性质；炎热地区要求材料具有低太阳吸收率，高发射率的性质；冬冷夏热地区，则要求材料在冬季具有高太阳吸收率，低发射率性质，到了夏季则转变为低太阳吸收率，高发射率性质。此前对常规建筑材料日间曝晒和夜间辐射致冷热效果进行了研究，从调节室内热环境看常规建材并不适合任何地区使用。

S.F.Cogan等采用c-LixWO3和a-WO3配合制成了通电前后发射率在0.33-0.8之间变化的膜层；J.S.Hale等采用s-WO3和NiO配合制成了通电前后发射率在0.057-0.595之间变化的膜层；A.L.Larsson等采用将a-WO3或c-WO3沉积到ITO(Indium Tin Oxide)涂层玻璃表面上制成了通电前后发射率在0.2-0.5之间变化的膜层。由于一般材料的发射率性能在常温范围均基本不随温度变化，故这种材料均需借助其中的电子或离子在电位作用下产生的变化使材料的发射率呈现变化，故其应用适用于窗玻璃、空间飞行器等场合，难以在建筑物表面采用。鉴于建筑物需要温致发射率大幅度可逆变化性质的材料，需要进行探索研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有低温下具有低发射率(小于0.30)、高温下具有高发射率(大于0.80)、且两种不同性质可在18℃左右发生可逆变化的材料，采用该材料可使冬冷夏热地区建筑物在夏季不消耗矿物能源的情况下通过辐射致冷使室内温度下降5-10℃，而在冬季可依靠其较低的发射率使室内温度较少地降低。

为了达到上述目的，本发明采用电致变色方法对材料的发射率进行调制研究，探索出在冬冷夏热地区，需要发射率随温度大幅度可逆变化的材料。该材料由(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃中掺加稀土元素组成。稀土元素的掺加量为(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃重量的0.001％-0.1％；

上述x为0≤x≤0.30；

上述稀土元素为市售的Pr、Eu、Er或Y。

(以上材料总量满足：100.001％-100.1％)。

其制备方法：先按照中国发明专利ZL 2003 1 0108561.5中的方法制得(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃，然后量取Pr、Eu、Er或Y等稀土元素的重量为(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃重量的0.001％-0.1％，混和并充分研磨，压制成圆片，在1000℃空气中烧制15h，经粉碎后再次研磨、压制成圆片，在空气中于1200℃烧制20h后，随炉冷却到室温，可制得0≤x≤0.30的一系列由(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃中掺加稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。

该材料的发射率测定样品制备：将待测材料研磨，然后用丙烯酸、有机硅等胶粘剂制成涂料状，涂覆在40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，将其置于无灰尘处晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其法向发射率。

该材料辐射制冷效果的测定：采用如图1所示装置进行。进行辐射致冷实验时，将装置置于室内一昼夜，使其与环境达到热平衡。然后将装置置于晴朗、无风、无月夜晚的空旷处，每隔一小时记录一次致冷空间温度和环境温度，致冷空间温度与环境温度间的最大温差为相对温降。

本发明具有如下优点：

1.由于本发明材料是由(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃中掺加稀土元素组成，因此，发射率可随温度大幅度可逆变化，变化幅度可达0.60以上，故其具有夏季通过辐射致冷大幅度室内温度(降温效果可达5-10℃)，但到冬季则由于转变为低发射率性质而具有少辐射散失房屋自身已有热能的作用。

2.由于本发明材料是由(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃和Pr、Eu、Er、Y等稀土元素的材料组成，因此，低温下具有低发射率(小于0.30)、高温下具有高发射率(大于0.80)、且两种不同性质可在18℃左右发生可逆变化，采用该材料可使冬冷夏热地区建筑物在夏季不消耗矿物能源的情况下通过辐射致冷使室内温度下降5-10℃，而在冬季可依靠其较低的发射率使室内温度较少地降低。

3.本发明材料来源广泛、价格低廉、加工制作简单、使用操作方便、对环境无毒无害，具有很大的实际应用价值和社会价值。

附图说明

图1为本发明的辐射致冷实验装置示意图

图中，1-样品材料；2-铝板；3-温度计；4-泡沫塑料；5-木箱。

具体实施方式

实施例1

先按照中国发明专利ZL 200310108561.5中的方法，配比称量市售的La₂O₃，SrCO₃，Mn₃O₄粉末，制得(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃，然后量取上海跃龙化工厂生产的Pr稀土元素的重量为(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃重量的0.001％，(以上材料总量满足100.001％)。混和并充分研磨，压制成圆片，在1000℃空气中烧制15h，经粉碎后再次研磨、压制成圆片，在空气中于1200℃烧制20h后，随炉冷却到室温，可制得0≤x≤0.30的一系列由(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃中掺加Pr稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。

将上述制得常温温致发射率大幅度可逆变化材料与丙烯酸粘结剂按1∶0.05(质量比)混合拌制成涂料样品材料1，涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其高温时法向发射率为0.86、低温时法向发射率为0.25、转变温度约为18℃。用图1的实验装置测得其高温下辐射降温效果为5℃、低温下辐射降温效果为2℃。

实施例2

(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃的制备与实施例1相同，然后量取上海跃龙化工厂生产的Eu稀土元素的重量为(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃重量的0.01％，(以上材料总量满足100.01％)。再按照实施例1的方法将其研磨成粉后，压制成圆片，在1000℃空气中烧制15h，经粉碎后再次研磨、压制成圆片，在空气中于1200℃烧制20h后，随炉冷却到室温，制得0≤x≤0.30的一系列由(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃中掺加Eu稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。

将上述制得常温温致发射率大幅度可逆变化材料与丙烯酸粘结剂按1∶0.05(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其高温时法向发射率为0.89、低温时法向发射率为0.27、转变温度约为18℃。采用图1所示实验装置测得其高温下辐射降温效果为6℃、低温下辐射降温效果为2℃。

实施例3

除了量取上海跃龙化工厂生产的Er稀土元素的重量为(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃重量的0.1％，(以上材料总量满足100.1％)外。其余方法均与实施例1相同，制得0≤x≤0.30的一系列由(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃中掺加Er稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。

将上述制得常温温致发射率大幅度可逆变化材料与丙烯酸粘结剂按1∶0.05(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其高温时法向发射率为0.91、低温时法向发射率为0.23、转变温度约为18℃。采用图1所示实验装置测得其高温下辐射降温效果为9℃、低温下辐射降温效果为1℃。

实施例4

除了量取上海跃龙化工厂生产的Y稀土元素的重量为(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃重量的0.01％，(以上材料总量满足100.01％)外。其余方法均军与实施例1相同，制得0≤x≤0.30的一系列由(La_0.8Sr_0.2)_1-xMnO₃中掺加Y稀土元素组成的常温温致发射率大幅度可逆变化材料。

将上述制得常温温致发射率大幅度可逆变化材料与丙烯酸粘结剂按1∶0.05(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其高温时法向发射率为0.93、低温时法向发射率为0.22、转变温度约为18℃。采用图1所示实验装置测得其高温下辐射降温效果为10℃、低温下辐射降温效果为1℃。