聚合物基高太阳光反射低红外发射双层结构降温复合材料的制备及性能研究任务书

 2021-10-23 09:10

1. 毕业设计(论文)的内容和要求

太阳辐射导致住宅、办公等领域制冷降温设备的大规模使用而产生了大量的能耗。由于大多数国家处于中纬度区域,一般认为辐射到地球表面的太阳光谱符合大气质量1.5(AM1.5)的情况,此情况下对应的辐射能量为1000W/m2。透过大气层照射到地球表面的太阳光中紫外部分(300-400nm)占有4.7%,可见光区域(400-700nm)占有43.3%,近红外光区域(700-2500nm)占有52.0%。而产生热效应因而,减少具有热效应的近红外光和可见光进入特定的人们住宅和办公环境对节能减排有着重要的意义。被动降温材料的作用机理途径主要为通过热反射、热阻隔及热辐射三种形式来达到降温效果。本课题综合考虑材料的太阳光反射性能和红外发射率两个因素,设计正面高太阳能反射、背面低发射三层结构高效被动降温功能复合材料来实现更好的降温效果。本课题旨在研究一种以聚合物材料为基体的通过反射和热辐射作用相结合的机制来制备向外高太阳能反射、向内低红外发射的双层结构高效被动降温功能复合材料。根据麦克斯韦电磁理论可知,无机粉体材料的折光指数和材料介电常数的开方呈正比。而菲涅尔定律指出,无机材料与聚合物基材的相对折射率越大,材料的太阳光反射效果越好。本课题选用高折光指数介电陶瓷材料钛酸镁作为太阳光反射降温填料,结合聚合物基材来制备高太阳能反射层。单层聚合物无机粒子复合材料的散射和反射效果有限,仍然会有相当一部分近红外波段的太阳光透过。同时共混材料的高发射率(发射率在0.85左右)会向四周辐射吸收的热量。会有相当一部分热量辐射到人们生活环境,本课题结合低发射率的铝粉制备低红外发射层。由于前期已经对钛酸镁粉体性质进行了相关表征,接下来工作主要对铝粉低发射性质进行探究。选择实验所需铝粉材料,设计实验配方,通过开炼机制备聚合物铝粉复合材料。依据相关表征对试样规格的要求制样,扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、紫外-可见-近红外分光光度计(UVPC)、红外(FTIR)和太阳光模拟等表征手段对共混试样进行分析,接着对共混体系进行力学性能(如拉伸试验、撕裂试验)等性能测试。选择其中较为合适的配方结合聚合物钛酸镁复合材料制备双层结构材料,并对试样双层结构试样进行表征分析。同时查阅文献,进而对课题进行深入剖析。本课题的设计目标为结合太阳光反射及单向低红外发射性质制备出更具优异降温效果的降温复合材料。该课题的设计能够很好的满足如今节能减排的要求。最后把整个研究内容写成毕业论文。毕业论文的内容和要求如下:

(1)在第1章引言部分,通过文献阅读和总结分析,给出如下内容:基体材料基本性质,功能粒子(钛酸镁,铝粉)的物化性质及其作为高反射、低发射材料的可行性,及当前国内外对于被动降温材料的研究现状,本课题拟开展的研究内容和预期目标。相关内容要求能够支撑毕业要求指标点3.1和10.3。

(2)在第2章理论部分,针对文献研究中发现的问题,结合高分子物理、物理化学、光学辐射学等课程所学知识,分析影响太阳光反射和材料发射率的因素,对处理方案进行综合比较和评价。相关内容要求能够支撑毕业要求指标点2.3和3.2。

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2. 参考文献

根据毕业要求指点10.3,毕设期间要进行研究现状调查与总结,要求在开题报告及毕业设计(论文)中涉及的中英文文献不少于20篇,其中近5年不少于8篇,英文文献不少于5篇。

[1]. Wu Y , Krishnan P , Zhang M H , et al. Using photocatalytic coating to maintain solar reflectance and lower cooling energy consumption of buildings[J]. Energy Buildings, 2018, 164:176-186.

[2]. Kols, Tore, Ryset, Arne, Grandcolas M , et al. Cool coatings with high near infrared transmittance for coil coated aluminium[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2019, 196:94-104.

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