亚磷酸镁晶体辐射制冷材料的研究

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我国建筑能耗占世界总建筑能耗比例逐年增长,以辐射制冷方式实现建筑物降温节能已成为新的研究热点。本文采用水热法合成了多种亚磷酸盐晶体材料,发现Mg11(HPO38(OH)6晶体同时具有高紫外可见近红外反射率和高红外发射率性能。通过XRD、SEM、FT-IR等测试方法对样品的晶体结构、化学键组成、微观形貌以及相关性能进行表征,提出Mg11(HPO38(OH)6具有高反射率和高发射率的理论解释。以Mg11(HPO38(OH)6为填料制备了辐射制冷功能涂层,并测试其实际降温效果。研究结果表明:(1)亚磷酸镁混合相在太阳光谱区(2002500nm)的太阳辐射反射比高达94.60%,在红外区(122?m)的发射率高达0.93,是较理想的辐射制冷涂层功能填料。(2)pH值是影响亚磷酸镁两种晶相生成的主要原因,当7<pH<8时Mg11(HPO38(OH)6晶相开始出现;8<pH<9时Mg(HPO3)(H2O)晶相消失。随着pH值从5增加至10,产物颗粒形貌发生渐变,由纳米线组成的颗粒变为类似花朵形状,纳米线由中心沿径向辐射,转变成表面布满纳米线结构的球体,再变为中间细两端粗且有纳米线结构的哑铃形状,然后变为一端较为光滑,另一端仍有针状纳米线长条形,pH=10时针状结构几乎消失,微粒呈短棒状,此时样品的太阳光谱区反射比和红外发射率均达到最大值,分别为:95.19%、0.933。(3)Mg11(HPO38(OH)6晶体具有高反射率性能的原因主要有:Mg11(HPO38(OH)6晶体的光学禁带宽度为6.06e V,大于可见近红外光波吸收界限3.1eV;颗粒中的纳米线结构满足瑞利散射条件;多层规则排列的纳米线结构增加了有效散射面积。Mg11(HPO38(OH)6晶体拥有较高发射率性能的原因主要有:Mg11(HPO38(OH)6晶体含有多种有红外光谱区吸收活性的分子键;[HPO3]四面体非对称性优于[PO4]四面体;晶格中的空位和多样的分子键键长导致较高的晶格应力。(4)以Mg11(HPO38(OH)6晶体为功能填料,制成辐射制冷功能涂层。在白天太阳光辐射下,Mg11(HPO38(OH)6晶体涂层下的空气温度比商用太阳热反射材料TiO2和CaCO3涂层下的空气温度低24℃,比高反射率铝箔下的空气温度低68℃。在理想条件下,Mg11(HPO38(OH)6晶体涂层的辐射制冷功率可达45.36W/m2
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