化学键理论管理论文提纲

论文题目：基于跨尺度微纳光学结构的选择性辐射制冷型聚合物薄膜材料

摘要：随着工业的进步和人类社会的长足发展,无论是工业生产还是日常应用,人们对制冷的需求量越来越大,而目前应用广泛的空调制冷消耗了大量电能并产生了大量碳排放,加剧了温室效应。为了减少碳排放,实现2060全球碳中和的战略目标,人们一直在努力探寻新的更绿色环保的热管理方式。辐射制冷是一种将物体的热量通过大气透明窗口（8-13μm）辐射到外太空（温度:3 K）从而实现被动降温的技术,因其无需消耗任何能源而引起了国内外研究者的广泛关注。而目前辐射制冷技术研究的局限性主要有以下两点:（1）研究发现的一些具有强的本征键振动有机/无机材料如木质纤维素、聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯均表现出一定的辐射制冷效果,然而这类辐射制冷材料的在中红外波段的宽谱发射限制了其制冷性能;（2）目前通过微纳加工技术可实现较好的可见-中红外光谱裁剪,但这种精密的材料加工方式受限于制造成本和制备尺度,因此其宏量制备问题仍是目前制约其应用的重要瓶颈。针对以上问题,本文通过分子-微纳米-宏观的跨尺度设计实现了一种可规模化制备的具有高选择性发射的聚合物薄膜:（1）在分子级尺度,通过对聚合物化学键的合理有效选择,获得在8-13μm具有高选择性发射性能（78%）的聚合物材料聚环氧乙烷PEO。（2）在微纳米尺度,基于米氏散射理论进行计算模拟,设计出的PEO纳米纤维堆叠而成的薄膜在0.3-2.5μm太阳光波段具有高反射率（96.3%）。（3）在材料宏观制备上,选用具有工业兼容性的卷对卷静电纺丝制备工艺,制备了米级尺度的辐射制冷聚合物薄膜,可实现日间降温5℃与夜间比非选择性发射的辐射制冷体温度低3℃的效果。这种制备工艺简单、成本低且制冷性能优异的辐射制冷材料为辐射制冷的工业级应用提供了可行性方案,有望从热管理的角度为应对“碳达峰”、“碳中和”等全球战略问题提供新的思路。

关键词：辐射制冷;微纳结构;大气窗口;选择性发射;聚合物薄膜

学科专业：材料工程（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 辐射制冷研究现状

1.2.1 辐射制冷技术简介

1.2.2 辐射制冷材料

1.2.3 辐射制冷集成装置

1.3 本论文主要内容及创新点

第二章 辐射制冷原理分析

2.1 辐射制冷热学分析

2.1.1 辐射制冷热流平衡分析

2.1.2 辐射制冷系统寄生热损失

2.2 辐射制冷材料光谱要求

2.3 天气对制冷性能的影响

2.4 本章小结

第三章 高选择性辐射制冷材料的光谱设计

3.1 高选择性辐射制冷材料的跨尺度设计

3.1.1 高选择性辐射制冷材料的分子级选择

3.1.2 高选择性辐射制冷材料的微纳结构设计

3.2 本章小结

第四章 高选择性辐射制冷材料的制备与性能测试

4.1 高选择性辐射制冷材料的制备与表征

4.1.1 高选择性辐射制冷材料es-PEO的制备

4.1.2 高选择性辐射制冷材料es-PEO的表征

4.2 高选择性辐射制冷材料es-PEO的性能测试

4.2.1 辐射制冷测试装置的搭建

4.2.2 es-PEO薄膜的辐射制冷性能

4.3 结果与讨论

4.3.1 选择性与非选择性辐射制冷材料的性能差异

4.3.2 es-PEO薄膜的规模化制备

4.4 本章小结

第五章 高选择性辐射制冷材料的应用前景

5.1 辐射制冷的潜在现实应用

5.1.1 建筑冷却

5.1.2 个人热管理

5.1.3 动态可调节的辐射冷却

5.2 高选择性辐射制冷的应用前景

5.2.1 高选择性辐射制冷体用于缓解温室效应

5.2.2 选择性辐射制冷薄膜用于给高温类地行星降温

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢