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摘 要

辐射冷却降温是一种历史悠久的自然降温方法，即物体通过热辐射向外散发热量的过程。过去人们对夜间辐射降温技术进行了深入研究并取得了不错的成果，但是如何在白天使物体低于环境温度依旧是不小的挑战。因此，我们选择对日间辐射降温材料进行研究。

本实验先测试了三种不同厚度的铝箔的太阳光反射率以及红外反射率，并筛选出厚度为0.05mm的铝箔进行下一步实验。然后将制得的PDMS/正己烷溶液涂覆于铝箔之上，意在合成一种能在日间辐射降温的材料。并测试了材料的太阳光辐射率以及红外辐射率以确定材料的辐射降温性能。通过测试发现覆盖了复合而成的材料的太阳光反射率比铝箔低了18%，但是其位于8-13µm波长范围内的红外反射率大幅提高了0.77。

本实验借助紫外-可见-红外分光光度计、太阳光模拟器、傅里叶红外光谱仪（FTIR）等仪器对PDMS/Al层状辐射降温材料进行了表征与研究。研究结果表明，铝箔过厚会使其红外辐射率降低；在铝箔表面覆上一层PDMS材料后会使其太阳光辐射率部分降低，但是能显著提高其红外辐射率。

关键词：PDMS 铝箔 太阳光反射率 红外辐射率 辐射降温

Study on the construction of a day-light radiation cooling metamaterial based on one-dimensional photonic crystal

Abstract

Radiant cooling is a natural cooling method with a long history, that is, the process in which an object radiates heat through thermal radiation. In the past, people conducted in-depth research on night-time radiation cooling technology and achieved good results, but how to keep objects below ambient temperature during the day is still a big challenge. Therefore, we have chosen to study materials for radiation cooling during the day.

In this experiment, the solar reflectance and infrared reflectance of three different thickness aluminum foils were tested, and the aluminum foil with a thickness of 0.05mm was selected for the next experiment. Then, the prepared PDMS/n-hexane solution was coated on aluminum foil, which was intended to synthesize a material that can be cooled by radiation during the day. And tested the material's solar radiation rate and infrared radiation rate to determine the material's radiation cooling performance. Through testing, it was found that the solar reflectance covered by the composite material was 18% lower than that of aluminum foil, but its infrared reflectance in the 8-13µm wavelength range was greatly increased by 0.77.

In this experiment, the PDMS/Al layered radiation cooling material was characterized and studied by means of ultraviolet-visible-infrared spectrophotometer, solar simulator, and Fourier infrared spectrometer (FTIR). The research results show that too thick aluminum foil will reduce its infrared emissivity; after covering the aluminum foil with a layer of PDMS material, it will partially reduce its solar emissivity, but it can significantly increase its infrared emissivity.

Keywords: PDMS ；aluminum foil；solar reflectance；infrared emissivity；radiation cooling

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 背景介绍 1

1.2 理论介绍 2

1.3 研究背景 3

1.4 挑战及前景 7

1.4.1 技术性问题 7

1.4.2 地理环境限制 7

1.4.3 经济效益 8

第二章 文献综述 10

2.1 概述 10

2.2 日间被动降温技术的研究进展 10

2.3 目前的不足与应用前景 13

第三章 实验部分 15

3.1 原料 15

3.2 实验仪器与设备 15

3.3 实验配方 15

3.4 样品制备 16

3.5 测试与表征 16

3.5.1 扫描电子显微镜（SEM）观测(未测) 16

3.5.2 紫外-可见-红外（UV-Vis-NIR）分光光谱分析 16

3.5.3 傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析 17

3.5.4 温度测试（未测） 17

第四章 实验结果及分析 19

4.1 铝箔的筛选 19

4.2 PDMS/Al层状辐射降温材料的研究 20

4.2.1 PDMS/Al层状辐射降温材料的光学性能 20

4.2.2 PDMS/Al层状辐射降温材料的降温性能 22

第五章 结论 23

参考文献 24

致谢 27

前言

1.1 背景介绍

辐射热传递是宇宙中能量传输的最常见形式。实际上，所有在有限温度下的物体均会发出电磁辐射。从热辐射的角度来看，地球外部空间在接近绝对零的温度下表现为黑体。如此低的温度理所应当地使宇宙成为十分理想的的散热器。夜间的辐射降温的意义至关重要，其使地球能始终保持在宜居的温度。而在地球表面的实际应用中，辐射降温是消散设备多余热量的主要方法，使得它们在白天受到阳光照射升温后能够在夜间顺利降下温度。此外，它为某些物种譬如撒哈拉银蚂蚁提供了必要的生活条件，在夜间难得的凉爽使其最终能够忍受恶劣的沙漠炎热天气^[1，2]。这种现象的首次科学揭示是Arago在1828年提出的。Arago报告称，人们将少量的草，棉和棉被放置在室外平静的环境中，气温下降了6-8 °C，低于环境温度。早在2000年前的古代伊朗和印度，即使环境温度高于冰点，正如Eriksson和Granqvist 所提到的，人们也采用了透明的天空辐射降温技术来制做冰盆和Yakh-Chal（即冰坑）来生产和储藏，而波斯人也会利用夜空降温在沙克沙尔制冰^[2]。从20世纪中叶开始，各种建筑形式和生活习惯都利用了辐射降温效应，而建筑物的夜间辐射降温越来越引起人们的广泛关注。院子和屋顶上裸露的睡眠区可以将热量直接排向天空，同时获得凉爽的室外空气温度和微风的优势。与太阳能平板集热器类似的特殊屋顶系统（包括屋顶水池和辐射降温板）也是典型的例子。但是，由于产品的可靠性以及其他倾向于更传统的降温方式（例如蒸汽压缩或蒸汽吸收系统）的技术的进步，后来以某种方式放弃了夜间辐射降温^[2-3]。在过去的一两个世纪之前，被动辐射降温的复兴主要是由于化石燃料的枯竭和对环境的关注，这可以从致力于改善被动辐射降温的性能和使用的研究中观察到。这些尝试中的一些尝试在选择性表面和覆盖箔的优化中得到了探索，以探索昼夜辐射降温的可能性。

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