阅读说明：本技术 用于缓解太阳能加热的系统 (System for mitigating solar heating ) 是由 N·F·博雷利 G·L·布切尔 W·塞钠拉特纳 S·Y·坦 于 2019-01-10 设计创作，主要内容包括：运载工具的顶部包括被动冷却层,其铺盖顶部的向外表面,使得所述层暴露于运载工具外部的日光。所述层包括分子结构具有Si-O-Si连接的聚合物。所述层在太阳能加热的峰值波谱内具有相对较高的发射率。(The roof of the vehicle includes a passive cooling layer that covers the outward facing surface of the roof such that the layer is exposed to sunlight outside the vehicle. The layer includes a polymer having a molecular structure with Si-O-Si linkages. The layer has a relatively high emissivity in the peak spectrum of solar heating.)

用于缓解太阳能加热的系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年1月12日提交的系列号为62/616,561的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文，如同在下文完整阐述。

背景技术

暴露于阳光的运载工具通常变热，这可能是不期望的，例如，当运载工具内的温度升高时或由于热膨胀而造成运载工具主体内的应力时。需要缓解太阳能加热的有效系统。

发明内容

申请人发现如本文所公开的某些分子结构通过在无电动势的情况下以被动方式避免或耗散热能而缓解了太阳能加热。如果以足够的厚度和浓度施涂具有该分子结构的层(例如，膜、薄膜涂层)，则该层可以促进热能的高发射。进一步地，申请人发现，该分子结构可以存在于聚合材料中，这可以特别有效地涂覆运载工具和其他结构以用于被动冷却。

本公开的方面一般涉及具有太阳能加热缓解作用的运载工具。所述运载工具具有主体，所述主体具有顶部，其中，至少一部分的顶部对可见范围内的日光是不透明的。所述运载工具还包括被动冷却层，其在顶部的向外表面上铺盖顶部的所述部分，以使该层暴露于运载工具外部的光。该层包括(例如，由其形成，为，主要为)聚合物，所述聚合物的分子结构具有硅-氧-硅(Si-O-Si)连接(例如，分子中的键、原子键、共价键)，申请人认为这促进了辐射冷却效应。该层具有一定厚度和Si-O-Si连接的浓度，使得该层对10μm波长的光的吸收大于80％。

本公开的其他方面一般涉及具有太阳能加热缓解作用的运载工具，其中，所述运载工具具有主体，所述主体具有顶部，并且所述运载工具还包括铺盖顶部的向外表面的被动冷却层，以使得该层暴露于运载工具外部的光。所述层包括分子结构具有Si-O-Si连接的聚合物。更具体地，所述聚合物具有通式[RSiO_3/2]_n，其中，n代表整数并且R代表氢(H)和/或与Si-O-Si连接结合的有机基团。在至少一些聚合物中的R是有机基团，并且所述有机基团通过碳-硅键与Si-O-Si连接结合。

本公开的另外方面一般涉及制造具有太阳能加热缓解作用的运载工具的方法。所述方法包括用被动冷却层涂覆运载工具的顶部的步骤。所述层包括分子结构具有Si-O-Si连接的聚合物。进一步地，所述聚合物可以具有通式[RSiO_3/2]_n。

在以下的

具体实施方式

中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。例如，本公开的其他方面涉及除运载工具之外的制品，其具有如本文所述的被动冷却层。本公开的另外方面涉及制造这样的制品的方法。要理解的是，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。

附图说明

所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图中的图例示了一个或多个实施方式，并与具体实施方式一起用于解释各实施方式的原理和操作。因此，结合附图，通过以下详细描述会更好地理解本公开，其中：

图1是根据一个示例性实施方式所述的具有顶部的运载工具的从上方看的透视图。

图2是图1的一部分顶部的截面概念图。

图3是根据一个示例性实施方式所述的材料的百分发射率与波长的关系图。

图4是根据一个示例性实施方式所述的材料的百分反射率与波长的关系图。

图5是根据一个示例性实施方式所述的聚合物膜的数字图像。

图6是通过图5的膜的光的透射率的图。

具体实施方式

在阅读详细说明示例性实施方式的以下具体实施方式和附图之前，应理解本发明的技术并不限于具体实施方式中所阐述或附图中所例示的细节或方法学。例如，如本领域技术人员所理解的，在其中的一幅附图中所示或者在涉及其中的一个实施方式的文本中所述与实施方式相关的特征和属性也可以适用于其中的另一幅附图所示或文本其他地方所描述的其他实施方式。

鉴于黑体能量的波谱分布，申请人认为，峰值能量通量出现在2400至3600μm·K，其是绝对温度和光波长的乘积。对于约300K的室温，申请人认为峰值能量出现在约8至12μm的波长处。因此，通过辐射来被动冷却主体可以得益于在该波长区域中具有高发射率的材料，这是因为发射率与吸收有关。申请人发现，二氧化硅在该波长区域中强烈吸收。但是，二氧化硅在10μm下具有相对较高的反射率，其为约30％。

将二氧化硅在聚合物中稀释通过改变二氧化硅/聚合物复合物的有效折射率而避免了高反射。另外，申请人认为，光学常数中的分散产生了二氧化硅的强反射，进而在二氧化硅与聚合物的界面处产生了称为弗罗利希效应的现象，该共振现象增加了吸收。因此，这种包括二氧化硅的复合物具有高度发射性，并且可用于被动冷却，其中，二氧化硅强烈吸收在8-12μm波长区域中的光，并且该吸收导致该区域中的高的发射率，而该区域对于辐射冷却来说是期望的波谱位置。

令人惊奇的是，申请人发现，单独的聚合物可得益于上述辐射冷却效应。通式[RSiO_3/2]_n的一些硅酸盐材料可以是聚合物，其中，n代表整数并且R是H或与二氧化硅结合的有机基团。这样的聚合物在与Si-R交织的网络中包括Si-O-Si连接，并且申请人发现，该Si-O-Si连接是充分像二氧化硅的结构，从而得益于上述辐射冷却效应。更具体地，申请人认为，二氧化硅网络中的9μm吸收源自该Si-O-Si键的反对称伸缩，因此，含有这些结构的聚合网络展现出与二氧化硅相同的波谱范围中的强吸收特征，并且可以保留与其他聚合物相关的低反射性，从而使得相比于块状二氧化硅、硅或其他材料，在8-12μm区域中有相对较高的发射率。

参考图1-2，运载工具110(例如，汽车、卡车、船、飞机、拖车)具有太阳能加热缓解作用，所述运载工具110包括运载工具的主体112(例如，驾驶室、舱室、壳体、外壳)，其具有顶部114形式的结构(例如，壁、顶板、覆盖物)。根据一个示例性实施方式，顶部114至少部分由金属116或其他结构材料(例如，灰泥、板瓦、复合纤维)形成，其对可见范围中的日光一般是不透明的。在一些实施方式中，运载工具110还包括被动冷却层118(例如，辐射冷却层、热能耗散层)，其在无电动势的情况下冷却运载工具110。层118可以在图1中的顶部114的向外表面和/或运载工具110的其他表面上铺盖住(例如，利用一个或多个中间层而间接覆盖，直接结合，至少覆盖大部分)金属116，以使层118暴露于运载工具110外部的光(例如，阳光)，例如，直接暴露或通过铺盖住层118的半透明层而暴露。

根据一个示例性实施方式，层118包括(例如，为，主要为，基本上为)硅酸盐材料，以使所述材料包含阴离子性二氧化硅化合物或化合物中的基团。在一些实施方式中，层118包括如上所述的具有Si-O-Si连接的分子结构，其可以吸收8-12μm波长区域中的光。例如，在一些实施方式中，层118具有厚度T和Si-O-Si连接的浓度，使得层118对10μm波长处的光的吸收大于50％，例如大于80％，例如大于90％，例如大于95％，例如大于99％。由于发射率与吸收相关，因此，申请人认为，层118向下方的主体112提供了被动冷却。

具有Si-O-Si连接的材料(例如，二氧化硅、硅酸盐材料)可以包括如上所述的降低或控制材料反射的另外的分子化合物或基团。进一步地，申请人发现了不需要在复合物中加入二氧化硅或其他硅酸盐材料的某些聚合物化合物。相反，这些聚合物自身具有Si-O-Si连接和相对较低的反射性，并且可以提供被动冷却的益处而无需依赖于例如弗罗利希效应。换言之，本文公开的实施方式包括单一的聚合物，其提供低反射率和高发射率的益处而无需进行材料组合的合并、混合、分散等。另外，可将这些聚合物喷涂并热固化，利用UV光或其他方式，使得这些聚合物特别有效以及方便用于制造和其他方面。

在一些实施方式中，层118的材料包括或者是有机组分，例如，其是有机金属材料，在有机化合物的碳与金属之间具有化学键，其中，有机化合物或基团(例如，烷基、芳基、烷氧基)常见于生命系统或者由生命系统制造，并且是具有一个或多个碳原子的化学化合物，所述一个或多个碳原子共价连接到其他元素的原子，例如氢、氧或氮。在一些这样的实施方式中，层118的材料包括或者为有机硅材料，并且在有机化合物的碳与硅之间具有化学键。根据一个示例性实施方式，层118的材料包括Si-O-Si连接，例如，其可以存在于二氧化硅或硅酸盐材料中，其中，所述连接可以形成Si-O-Si连接的环，Si-O-Si连接的笼结构，Si-O-Si连接的梯状结构，或者具有Si-O-Si连接的更多的随机构造。

例如，在一些实施方式中，层118的材料包括或者为硅酸盐材料以及具有通式[RSiO_3/2]_n的有机硅材料，其中，n代表整数并且R代表H和/或与Si-O-Si连接结合的有机基团，例如，其中，Si-O-Si具有笼结构、随机结构、梯状或部分笼结构。在一些这样的实施方式中，所述R包括或者是有机基团，并且所述有机基团通过碳-硅键与Si-O-Si连接结合。一些这样的有机硅材料的实例可以包括倍半硅氧烷，八面体聚倍半硅氧烷，十面体聚倍半硅氧烷，十二面体聚倍半硅氧烷，立方倍半硅氧烷，亚胺-倍半硅氧烷，聚倍半硅氧烷，氢化倍半硅氧烷，有机倍半硅氧烷，聚(甲基倍半硅氧烷)，聚(苯基倍半硅氧烷)，聚(氢化倍半硅氧烷)，甲基倍半硅氧烷，多面体低聚倍半硅氧烷等。在一些实施方式中，层118的材料包括或者为聚合物(即，具有重复亚单元链的分子)，例如，如本文所述的具有通式[RSiO_3/2]_n的聚合物。

申请人根据本公开测试了各种组合物。例如，使用针对硅的标准电感耦合等离子体光发射波谱(ICP/OES)分析测试和针对碳的标准仪器气体分析(IGA)分析测试确定下表中的每种聚合物的Si和C的重量百分比(重量％)。

当这些材料用于层118时，其可以具有足够的Si-O-Si连接的浓度，以如本文所述吸收日光和对应的光发射。如果厚度T增加，则可以降低Si-O-Si的浓度。在一些实施方式中，层的厚度为至少20μm，例如至少50μm，例如至少100μm，例如至少200μm，并且/或者不超过10mm，例如不超过5mm，例如不超过3mm，例如不超过1mm，例如不超过500μm，例如不超过200μm。在至少一些所考虑的实施方式中，厚度T可以小于20μm或大于10mm。在一些实施方式中，对于在8至12μm区域中的波长，例如对于其中的大多数波长，例如对于其中的至少90％的波长，例如对于其中的所有波长，发射率为至少约50％，例如至少70％，例如至少80％，例如至少约90％。

如本文公开的提供被动冷却并且具有通式[RSiO_3/2]_n的聚合物可用于层118，这是因为所述聚合物可以为液体形式并且被喷洒或以其他方式相对较容易地涂覆到表面上，例如，运载工具110的顶部114上。对于喷洒，申请人意为可以通过喷嘴驱动液体并且形成为小的颗粒或液滴(即，雾化)，例如，形成为雾，并且其通过空气或另外的气体被吹送或以其他方式驱动到表面。一些这样的聚合物可以是热固性的或通过UV光固化。例如，一些制造过程包括将所述涂层加热到至少100℃以促进层118结合到下方的结构，例如，顶部114的金属116。进一步地，在所考虑的实施方式中，可以处理至少一些这样的聚合物，以使得可以烧掉或以其他方式移除化合物的有机基团，同时留下Si-O-Si连接，例如，用于减小层118的厚度T并增加Si-O-Si连接的浓度。申请人相信，即使层118的有机组分被移除或随着时间降解，但是层118可以保留被动冷却益处。

申请人已经发现，在不使用额外的材料(例如，如上所述的可减少二氧化硅的反射的折射率匹配的聚合物)的情况下，可以实现具有通式[RSiO_3/2]_n的聚合物形式的有机硅材料的被动冷却益处。随本文公开的此类聚合物发生的高发射率值似乎源于此类材料自身的聚合物网络。例如，图3示出了100μm厚的倍半硅氧烷膜的发射率数据。图4进一步证实了如本文公开的具有通式[RSiO_3/2]_n的聚合物的这种益处，图4将甲基丙烯酰基-多面体低聚倍半硅氧烷210的反射率与块状高纯度熔凝二氧化硅212(无折射率匹配的聚合物基质)的反射率进行比较。如可见到的，申请人发现，具有Si-O-Si连接的聚合物的反射率比块状二氧化硅小约五倍。

虽然图1包括运载工具110，但是层118可以为膜的形式，例如，薄膜，其可以被施涂于各种各样的表面以提供辐射冷却。例如，层可以结合于金属，例如，顶部114的金属，或者硅，或者其他物质。本文公开的一些实施方式，例如，包括Si-O-Si连接的液体聚合物可以被喷洒到表面上并固化，例如，通过热或光固化。至少一些此类材料的前体材料是可以商购的。在一些这样的实施方式中，可以将材料直接施涂于制品表面，例如，运载工具、顶部、结构等的表面，并且进行固化。进一步地，所述材料可以用于在制造中的制品上或者在已经制成和/或配置好的制品上形成与层118类似的层，例如，在可以得益于被动冷却的建筑物的顶部、水槽、储存单元、太阳能电池、设备壳体等上形成。

图5示出了厚度为100μm的独立的可光聚合的倍半硅氧烷聚合物310。为了产生膜，申请人向甲基丙烯酸酯(或丙烯酸酯)八面体聚倍半硅氧烷中添加光引发剂，其中，倍半硅氧烷在其[RSiO_3/2]_n分子笼的角处具有有机甲基丙烯酸酯基团，申请人接着对该材料进行光聚合以形成交联的聚倍半硅氧烷，如图5所示。或者，这些制剂可以与溶剂混合以通过喷洒、浸渍、气溶胶喷射、辊涂、刮涂或其他方法施涂，随后进行紫外或热固化。

如在图5中可见到的，聚合物膜相对较透明。图6示出了在一部分电磁波谱内，通过图5的聚合物膜的光的透射百分比。在至少一些可见波谱内，例如在至少大部分的可见波谱内，例如在390nm至700nm波长之间的至少大部分波谱内，例如在390nm至700nm波长之间的全部波谱内，通过膜的光的透射率为至少50％，例如至少80％，例如至少90％。

申请人测试了苯基倍半硅氧烷二甲基硅氧烷共聚物的类似薄涂层的百分发射率，并且发现了优于高纯度熔凝二氧化硅的类似性能和优点，其中，发射率为至少80％，例如至少85％，例如至少90％，这是针对在8至12μm波长范围内的至少一些的光，例如在8至12μm波长范围内的至少大部分的光，例如对于至少80％和至少85％的发射率，针对在8至12μm波长范围内的全部的光。申请人还发现，通过经验性实验，增加层118的厚度大于100μm增加了在8至12μm波长范围中的至少一些波长范围内的发射率。

因此，如本文公开的具有Si-O-Si连接的聚合物的薄膜可以与可得益于或者需要一些或全部可见波谱的光透射通过的制品一起使用，例如窗户(例如，挡风玻璃、天窗)、透明的房屋(例如温室)，光伏电池等。包括漆、文字或其他装饰的制品可以得益于如本文公开的被动冷却层，其铺盖住装饰，但是通过该层仍可见该装饰。除了运载工具，诸如户外座位(例如，体育场座位、公园椅子)、扶手、赤脚人行道之类的制品在暴露于过度的太阳能热下时可能会使使用者感到不适，但是这些制品也可以因涂覆有本文公开的被动冷却层而受益。

如各种示例性实施方式中所示，方法和产品的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了一些实施方式，但是可以进行许多修改(例如，改变各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例；参数的数值；安装布置；材料的使用；颜色；取向)而不实质背离本文所述主题的新颖性教导和优点。以一体成形示出的一些元件可以由多个零件或元件构造，各元件的位置可以互换或以其他方式变化，并且可以改变或更改离散元件的性质或数量或者位置。任何工艺、逻辑算法或方法步骤的顺序或序列可以根据替代性实施方式来改变或重新排列。还可以对各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置进行其他替代、修改、改变和省略，而不背离本发明的技术范围。