微米级柔性无机厚膜的制备工艺探索开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

在晴朗微风的晚上,空气本身向外散热使自身温度降低的过程,同时近地面空气的
晚间除受自身辐射冷却外,还受到地面的辐射冷却的双重影响,气温不断降低。同理,
采用具有强的选择性热辐射(大气辐射窗口波段)、太阳光波段吸收极低的材料,可以
实现材料降温至环境温度以下的目的。这类膜层的应用有助于减少有降温需求场合的耗
能,可以节省能源、减轻环境污染。
目前,建筑物及汽车的室内在天气炎热时,均需要使用制冷系统来降温,使 用制冷
系统会消耗大量化石能源。这样会加剧不可再生能源的消耗,同时对环境 也会造成一定
的破坏。因此,研究一种既能使待降温区温度维持在人类感到舒适 的温度,同时仅消耗
少部分能源甚至不消耗能源的降温方法,成为当下节能降温 的研究热点。根据热力学第
二定律,热源可不断的由高温物体向低温物体传递,根据经典电磁学理论,热辐射是由
物体不断吸收和发射电磁波。因此,采用具有强的选择性热辐射(大气辐射窗口波段)、
太阳光波段吸收极低的材料,可以实现材料降温至环境温度以下的目的。
几个世纪以来,人们只知道夜间降温效应。.最近,人们通过构建反映整个太阳光谱
的系统,同时产生波长范围为 813μm的强热辐射,在追求日间辐射冷却方面做出了巨
大的努力,Raman等人展示了一种由多层光子结构制成的光子辐射冷却材料,其平衡温
度比环境空气温度低 5° C,尽管有大约 900W/m2的阳光直接照射它。随后,在各种材
料系统和结构中考虑了日间辐射冷却,并推动了其他情景下辐射冷却的进一步研究。 在
高于热舒适的高温下,例如夏季的白天,辐射冷却技术可用于有效地散热建筑物,车辆
和人体的热量,因此显着降低能量消耗并改善热舒适性。冷却是全球能源消耗中最重要的
部门之一。传统的主动冷却方法,如空调冷却是全球能源消耗中最重要的部分之一。传
统的主动冷却方式,如空调,不仅消耗大量能源,而且还会加剧温室效应。因此,寻求“ 绿
色” 和有效的冷却策略具有重要意义。事实上,超低温 3K的巨大宇宙是一个完美的散热
散热器。地球大气层在整个 813μm窗口内表现出高透明度,与典型地温(300K)下黑
体热辐射的峰值波长完全一致。因此,具有 813μm的高发射率的光学装置可以被动地
将热量从其表面散发到外部空间并实现有效的冷却。近年来,辐射冷却已被广泛研究并
在不同方面发展。具有良好红外发射率的材料如 Ti O2白漆和 Si O膜最初应用于最简单的
被动辐射冷却降温材料。但这不是一个可行的解决方案,因为难以在整个 813μm窗口
内找到具有近似辐射率的单一天然材料。随着微纳米制造技术的发展,由于其独特且优
异的光学性质,各种纳米/ 微米结构超材料被用于实现被动冷却,例如 Hossai n等人,利
用由不对称形状的锥形超材料(CMM)柱阵列组成的微结构超材料,构建一个有效的辐
射冷却材料降温,在非辐射热交换的情况下可以达到 12. 2° C的稳定冷却温度; Sun等人
提出了一种基于超材料的太阳能反射器,以实现航天器中的有效辐射冷却。在他的设计
中,将 Al 掺杂的 ZnO(AZO)透明导电氧化物膜图案化成超曲面,以实现宽的等离子体
共振,同时增强电磁辐射的吸收,导致热红外区域的平均发射率为 0. 79。

此次毕业设计内容将以柔性无机厚膜的制备展开,采用不同尺寸的微纳米结构制备
无机厚膜,观察其表面微观结构,改善提高其热力学性能。

2. 研究的基本内容与方案

2. 1基本内容
1.文献调研,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题与社会、健康、安全、 成本以及环境等因素的关系;
2.采用不同尺寸的微纳米颗粒制备无机厚膜;
3.优化工艺参数,改善所制备厚膜的热力学性能;
4.测试所制备厚膜的附着力与光学性能;
5.分析总结数据,撰写毕业论文。

2. 2研究目标
1. 掌握 col dsi nt er i ng方法制备无机厚膜的工艺方法;
2. 掌握所制备膜层结构与性能的表征方法。

2. 3技术方案
运用 cold sintering方法制备无机厚膜
1. 选用不同尺寸大小的制备无机膜的微米级结构颗粒;
2. 将一定量的物料加入模腔中,并且预压成密实的制品形状并取出压件,然后送入烧结炉中在一定的温度下(包括升温 保温阶段)烧结一定时间;
3. 烧结熔融并冷却形成;
4. 采用扫描电子显微镜观察表面微观膜层结构;
5. 测试所制备膜的热力学及物理性能。

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3. 研究计划与安排

第 1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。

明确研究内容,了解研究所需原料、 仪器和设备。

确定技术方案,并完成开题报告。

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4. 参考文献(12篇以上)

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