專利名稱：一種常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料，屬于材料科學(xué)與工程科學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
房屋的冬暖夏涼是人類自古以來(lái)追求的夢(mèng)想，遺憾的是現(xiàn)實(shí)中往往出現(xiàn)冬冷夏熱，房屋建筑本身由于自身的限制很難達(dá)到冬暖夏涼的作用。近代以來(lái)，隨著科技進(jìn)步，建筑行業(yè)也步入高速發(fā)展階段，各種新技術(shù)，新材料成功的運(yùn)用到建筑上，很大程度的改善了建筑的功能，人類的居住環(huán)境也越來(lái)越舒適，但是營(yíng)造建筑的冷熱舒適環(huán)境的最常用方式是人工供暖供冷，這種方式大量消耗了地球?qū)氋F的礦物能源，且污染環(huán)境，加劇全球溫室效應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)建筑能耗已占全美總能耗的40%，在我國(guó)僅采暖能耗也已占到全國(guó)總能耗的30%左右，且隨著空調(diào)的普遍使用建筑能耗增勢(shì)迅猛，能源和環(huán)境保護(hù)形勢(shì)更加逼人，建筑行業(yè)的節(jié)能降耗迫在眉睫。 鑒于太陽(yáng)能能量巨大，分布廣，永久，清潔的優(yōu)點(diǎn)，可充分利用其熱量，另一方面，地球表面物體的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于深冷空間的溫度，可進(jìn)行輻射致冷，人們利用太陽(yáng)能的熱量和深冷空間的冷量來(lái)營(yíng)造舒適的居住環(huán)境進(jìn)行了大量的探索，如特朗伯墻，該墻在一年時(shí)間內(nèi)，在室溫控制在2(TC的情況下提供了總需熱量的70%?？烧{(diào)太陽(yáng)墻，此墻在冬季可將室溫提高7。C以上，在夏季可降室溫5。C以上。TIM (Transparent Insulation Material)材料，該材料冬季利用墻面的黑色涂料吸收熱量傳到室內(nèi)，夏季利用自動(dòng)遮陽(yáng)裝置將太陽(yáng)輻照幾乎全部反射掉，裝有TIM材料的住宅在斷電后，住戶能依賴太陽(yáng)能安全而舒適地生活近兩年。在輻射致冷方面，D. Michell和K. L. Biggs建立了以tedlar板為屋頂?shù)姆孔樱诃h(huán)境溫度為l(TC，室內(nèi)溫度為5t:的時(shí)候，測(cè)得有效致冷功率為22W/m2。 A. Adder等人建立了用輻射致冷材料作蓋頂?shù)姆孔?，?duì)室內(nèi)外的溫度作了對(duì)比和記錄。J. A. Saobagh建立了白漆和鋁板作蓋頂?shù)姆孔?，測(cè)得致冷功率為50W/m2。 上述方法在營(yíng)造建筑熱舒適環(huán)境中取得了較好的效果，但是實(shí)際推廣中卻受到價(jià)格和空間等的限制。 建筑材料是建筑物的重要組成部分，其熱效果會(huì)影響建筑物的熱環(huán)境，構(gòu)成建筑
物的材料如地面、墻體和屋面使用的混凝土、砂漿、水泥、鋼筋、磚、砌塊、瀝青等，其太陽(yáng)吸
收率和發(fā)射率與建筑物的熱環(huán)境密切相關(guān)。此前的研究發(fā)現(xiàn)，材料日間暴曬效果主要受其
太陽(yáng)吸收率的影響，與發(fā)射率無(wú)關(guān)；材料夜間輻射致冷效果與發(fā)射率相關(guān)，與太陽(yáng)吸收率無(wú)
關(guān)。所以從調(diào)節(jié)建筑熱舒適角度看，不同地區(qū)建筑對(duì)建筑材料熱物性有不同的要求寒冷地
區(qū)要求材料高太陽(yáng)吸收率，低發(fā)射率的性質(zhì)；炎熱地區(qū)要求材料具有低太陽(yáng)吸收率，高發(fā)射
率的性質(zhì)；冬冷夏熱地區(qū)，則要求材料在冬季具有高太陽(yáng)吸收率，低發(fā)射率性質(zhì)，到了夏季
則轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞?yáng)吸收率，高發(fā)射率性質(zhì)。此前對(duì)常規(guī)建筑材料日間曝曬和夜間輻射致冷熱
效果進(jìn)行了研究，從調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境看常規(guī)建材并不適合任何地區(qū)使用。 S. F. Cogan等采用c_LixW03和a_W03配合制成了通電前后發(fā)射率在0. 33-0. 8之間變化的膜層；J. S. Hale等采用s_W03和Ni0配合制成了通電前后發(fā)射率在0. 057_0. 595 之間變化的膜層；A.L.Larsson等采用將a-W03或c-W03沉積到IT0(Indium Tin Oxide)涂 層玻璃表面上制成了通電前后發(fā)射率在O. 2-0. 5之間變化的膜層。由于一般材料的發(fā)射率 性能在常溫范圍均基本不隨溫度變化，故這種材料均需借助其中的電子或離子在電位作用 下產(chǎn)生的變化使材料的發(fā)射率呈現(xiàn)變化，故其應(yīng)用適用于窗玻璃、空間飛行器等場(chǎng)合，難以 在建筑物表面采用。鑒于建筑物需要溫致發(fā)射率大幅度可逆變化性質(zhì)的材料，需要進(jìn)行探 索研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有低溫下具有低發(fā)射率(小于0. 30)、高溫下具有 高發(fā)射率(大于O. 80)、且兩種不同性質(zhì)可在1『C左右發(fā)生可逆變化的材料，采用該材料 可使冬冷夏熱地區(qū)建筑物在夏季不消耗礦物能源的情況下通過(guò)輻射致冷使室內(nèi)溫度下降 5-l(TC，而在冬季可依靠其較低的發(fā)射率使室內(nèi)溫度較少地降低。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用電致變色方法對(duì)材料的發(fā)射率進(jìn)行調(diào)制研 究，探索出在冬冷夏熱地區(qū)，需要發(fā)射率隨溫度大幅度可逆變化的材料。該材料由 (La。.sSr。.》卜xMn03中摻加稀土元素組成。稀土元素的摻加量為(La。.8Sr。.2):—xMn03重量的 0. 001% -0. 1% ; 上述x為0《x《0. 30 ; 上述稀土元素為市售的Pr、Eu、Er或Y。 (以上材料總量滿足100. 001% -100. 1% )。 其制備方法先按照中國(guó)發(fā)明專利ZL 2003 1 0108561. 5中的方法制得 (La。.sSr。.》卜,Mn03，然后量取Pr、 Eu、 Er或Y等稀土元素的重量為(La。.8Sr。.2)卜xMn03重量的 0. 001% -0. 1%，混和并充分研磨，壓制成圓片，在IOO(TC空氣中燒制15h，經(jīng)粉碎后再次研 磨、壓制成圓片，在空氣中于120(TC燒制20h后，隨爐冷卻到室溫，可制得0《x《0. 30的 一系列由(La。.sSr。.》hxMn03中摻加稀土元素組成的常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料。
該材料的發(fā)射率測(cè)定樣品制備將待測(cè)材料研磨，然后用丙烯酸、有機(jī)硅等膠粘 劑制成涂料狀，涂覆在40mmX40mmXlmm的鋁板基材試片上，將其置于無(wú)灰塵處晾干，采用 FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其法向發(fā)射率。 該材料輻射制冷效果的測(cè)定采用如圖1所示裝置進(jìn)行。進(jìn)行輻射致冷實(shí)驗(yàn)時(shí)，將
裝置置于室內(nèi)一晝夜，使其與環(huán)境達(dá)到熱平衡。然后將裝置置于晴朗、無(wú)風(fēng)、無(wú)月夜晚的空
曠處，每隔一小時(shí)記錄一次致冷空間溫度和環(huán)境溫度，致冷空間溫度與環(huán)境溫度間的最大
溫差為相對(duì)溫降。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 1.由于本發(fā)明材料是由(La。.sSr。.》卜xMrA中摻加稀土元素組成，因此，發(fā)射率可 隨溫度大幅度可逆變化，變化幅度可達(dá)0. 60以上，故其具有夏季通過(guò)輻射致冷大幅度室內(nèi) 溫度(降溫效果可達(dá)5-l(TC )，但到冬季則由于轉(zhuǎn)變?yōu)榈桶l(fā)射率性質(zhì)而具有少輻射散失房 屋自身已有熱能的作用。 2.由于本發(fā)明材料是由(La。.sSr。.2)卜xMn03和Pr、Eu、Er、Y等稀土元素的材料組成， 因此，低溫下具有低發(fā)射率(小于O. 30)、高溫下具有高發(fā)射率(大于O. 80)、且兩種不同性質(zhì)可在1『C左右發(fā)生可逆變化，采用該材料可使冬冷夏熱地區(qū)建筑物在夏季不消耗礦物能 源的情況下通過(guò)輻射致冷使室內(nèi)溫度下降5-l(TC，而在冬季可依靠其較低的發(fā)射率使室內(nèi) 溫度較少地降低。 3.本發(fā)明材料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、加工制作簡(jiǎn)單、使用操作方便、對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú) 害，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的輻射致冷實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 圖中，1-樣品材料；2_鋁板；3_溫度計(jì)；4_泡沫塑料；5_木箱。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 先按照中國(guó)發(fā)明專利ZL 200310108561.5中的方法，配比稱量市售的1^203， SrC03， MnA粉末，制得(La。.8Sr。.2)卜xMn03，然后量取上海躍龍化工廠生產(chǎn)的Pr稀土元素的 重量為(La。.sSr。.》卜xMn03重量的0. 001%，(以上材料總量滿足100. 001% )。混和并充分 研磨，壓制成圓片，在100(TC空氣中燒制15h，經(jīng)粉碎后再次研磨、壓制成圓片，在空氣中于 1200。C燒制20h后，隨爐冷卻到室溫，可制得0《x《0. 30的一系列由(La。.8Sr。.2)丄—xMn03中 摻加Pr稀土元素組成的常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料。 將上述制得常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料與丙烯酸粘結(jié)劑按1 : 0. 05 (質(zhì) 量比)混合拌制成涂料樣品材料l，涂覆于40mmX40mmX lmm的鋁板基材試片上，置于室內(nèi) 環(huán)境中晾干，采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其高溫時(shí)法向發(fā)射率為0. 86、低溫時(shí) 法向發(fā)射率為0. 25、轉(zhuǎn)變溫度約為18°C。用圖1的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得其高溫下輻射降溫效果為 5t:、低溫下輻射降溫效果為2°C。
實(shí)施例2 (La。.8Sr。.2)卜xMn03的制備與實(shí)施例1相同，然后量取上海躍龍化工廠生產(chǎn)的Eu稀 土元素的重量為(La。.sSr。.》卜xMn03重量的0. 01%，(以上材料總量滿足100. 01% )。再按 照實(shí)施例1的方法將其研磨成粉后，壓制成圓片，在IOO(TC空氣中燒制15h，經(jīng)粉碎后再次 研磨、壓制成圓片，在空氣中于120(TC燒制20h后，隨爐冷卻到室溫，制得0《x《0. 30的 一系列由(La。.sSr。.^—xMn03中摻加Eu稀土元素組成的常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材 料。 將上述制得常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料與丙烯酸粘結(jié)劑按1 : 0. 05 (質(zhì) 量比)混合拌制成涂料涂覆于40mmX40mmX lmm的鋁板基材試片上，置于室內(nèi)環(huán)境中晾干， 采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其高溫時(shí)法向發(fā)射率為0. 89、低溫時(shí)法向發(fā)射率為 0. 27、轉(zhuǎn)變溫度約為18°C。采用圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得其高溫下輻射降溫效果為6t:、低溫
下輻射降溫效果為2t:。 實(shí)施例3 除了量取上海躍龍化工廠生產(chǎn)的Er稀土元素的重量為(La。.sSr。.山—,MrA重量的 0. 1%，(以上材料總量滿足100. 1% )夕卜。其余方法均與實(shí)施例1相同，制得0《x《0. 30 的一系列由(La^Sr^h—xMn03中摻加Er稀土元素組成的常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化
5材料。 將上述制得常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料與丙烯酸粘結(jié)劑按1 : 0. 05 (質(zhì)量比)混合拌制成涂料涂覆于40mmX40mmX lmm的鋁板基材試片上，置于室內(nèi)環(huán)境中晾干，采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其高溫時(shí)法向發(fā)射率為0. 91、低溫時(shí)法向發(fā)射率為0. 23、轉(zhuǎn)變溫度約為18°C。采用圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得其高溫下輻射降溫效果為9t:、低溫
下輻射降溫效果為rc。 實(shí)施例4 除了量取上海躍龍化工廠生產(chǎn)的Y稀土元素的重量為(La。.sSr。.》卜3!103重量的0.01%，(以上材料總量滿足100.01% )夕卜。其余方法均軍與實(shí)施例l相同，制得0《x《0. 30的一系列由(La。.8Sr。.2)卜xMn03中摻加Y稀土元素組成的常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料。 將上述制得常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料與丙烯酸粘結(jié)劑按1 : 0. 05 (質(zhì)量比)混合拌制成涂料涂覆于40mmX40mmX lmm的鋁板基材試片上，置于室內(nèi)環(huán)境中晾干，采用FXL-1的吸收/發(fā)射比測(cè)定儀測(cè)定其高溫時(shí)法向發(fā)射率為0. 93、低溫時(shí)法向發(fā)射率為0. 22、轉(zhuǎn)變溫度約為18°C。采用圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得其高溫下輻射降溫效果為1(TC、低
溫下輻射降溫效果為rc。
權(quán)利要求
一種常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料，其特征在于該材料由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3和摻加的稀土元素組成，稀土元素的摻加量為(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.001％-0.1％；上述x為0≤x≤0.30；上述稀土元素為市售的Pr、Eu、Er或Y。
全文摘要
一種常溫溫致發(fā)射率大幅度可逆變化材料，涉及一種低溫下具有低發(fā)射率(小于0.30)、高溫下具有高發(fā)射率(大于0.80)、且兩種不同性質(zhì)可在18℃左右發(fā)生可逆變化的材料。該材料由(La0.8Sr0.2)1-xMnO3和摻加的稀土元素組成，稀土元素的摻加量為(La0.8Sr0.2)1-xMnO3重量的0.001％-0.1％；所述x為0≤x≤0.30；所述稀土元素為市售的Pr、Eu、Er或Y。采用該材料可使冬冷夏熱地區(qū)建筑物在夏季不消耗礦物能源的情況下通過(guò)輻射致冷使室內(nèi)溫度下降5-10℃，而在冬季可依靠其較低的發(fā)射率使室內(nèi)溫度較少地降低。本發(fā)明材料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、加工制作簡(jiǎn)單、使用操作方便、對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
文檔編號(hào)C09K5/14GK101775271SQ200910247329
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者馬一平 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)