技术摘要：
一种辐射制冷纤维的设计方法以及该辐射制冷纤维，包括：S1，选取预定范围内不同粒径的微纳颗粒材料，计算不同粒径的微纳颗粒材料的散射效率曲线；S2，构成多个等效结构，计算多个等效结构在对应于可见‑近红外波段的反射率数据；S3，根据预定的反射率公式，对步骤S2中  全部
背景技术：
能源推动着文明发展进步，我们享受的现代化生活无不建立在能源消耗的基础之 上。但能源的高消耗会造成温室气体的过度排放，导致全球变暖，扰乱气候平衡。全球变暖 不仅带来威胁到人类的健康高温极端天气，还限制了工业劳动力和生产力的发展。据美国 能源部和国家能源局统计，建筑空间供热和制冷消耗了全球15％的电力和产生了全球10％ 的温室气体排放，是住宅和商业能源消耗的主要部分。随着“温室效应”和全球变暖的加剧， 对制冷的能源需求日益增加，到2050年，对冷却系统的需求预计将增长10倍，这导致了大量 的能源消耗，并进一步对人类可持续发展构成巨大挑战。面对巨大的能源消耗问题，人们希 望寻求有效和经济的方式为人体提供局部降温，而不将多余的电力浪费在整个建筑上，实 现低能耗和低污染的个人热管理。 辐射制冷技术通过材料的选择和结构的设计，使物体在在太阳辐射，0.3μm-2.5μm 波长范围实现高反射率，极大阻挡通过太阳辐射的热量输入，在人体热辐射波段，7μm-14μm 波段内实现高发射率，从而将人体的热辐射损失最大化，有效地实现了零能耗降温的目的， 具有重要的节能意义。 相较于过去常见的薄膜态，纤维态的辐射制冷材料所具备的透气透湿特性和柔 性，更适合人体热管理以及例如顶棚、车罩、遮阳伞等生活用品的应用。美国斯坦福大学Cui 教授团队利用工业挤压和相分离过程，制备得到了具有100nm-1000nm空气孔的PE纤维，用 该纤维制造的织物平均红外透过率超过70％，不透明度达到90％，测试时覆盖纳米多孔PE 织物的皮肤温度比覆盖棉织物低2.3℃，可实现不透明的个人热管理。不过，该方法采用的 红外高透过率纤维，其制冷原理需要被制冷表面本身在红外光波段具有高发射率，一定程 度上限制这类纤维的应用范围。 在高发射率制冷纤维方面，美国哥伦比亚大学Yu教授团队同样采用相分离的方 法，拉制出了直径约100μm，空气孔截面孔密度达17μm-2的纤维，其太阳光反射率可达93％， 并具有0.91的红外发射率。不过，限于制备工艺，这种方法得到的纤维较粗，降低了穿戴舒 适性。并且这类采用空气孔散射太阳光的方式需要相分离过程，不易控制空气孔尺寸，流程 相对复杂。另一种方法，如中国专利公开号为CN110042564A的专利所公开的一种辐射制冷 纤维膜及其制备方法和应用，将单分散性好的高发射的辐射粒子SiO2微球均匀分散在聚合 物，如PE、PA6、PMMA、PVDF溶液中，通过静电纺丝得到纤维膜，具备给人体皮肤表面辐射降温 的能力，但此方法生产效率低，工艺复杂，设备成本高，而且生产的纤维强度低，无法用于人 体辐射制冷织物。还有一种如中国专利公开号为CN110685031A所公开的辐射制冷纤维及其 制备方法、应用，提出将如TiO2、ZnO等在内的常见微米颗粒与聚合物基底，如PMMA、PE等混 合，熔融纺丝拉制得到辐射制冷纤维，该纤维线密度为1dtex-20dtex，填料粒径优选为3μm- 4 CN 111575823 A 说　明　书 2/8 页 5μm，可见-近红外光反射率可到≥60％，7μm-14μm大气窗口发射率≥80％。不过，该方法采 用的微米级介质颗粒加聚合物基底的结构对太阳光波段反射效果并不理想，并不能起到很 好的日间辐射制冷效果。此外，上述各种方法缺少对颗粒尺寸、织物厚度的优化，使得产品 在成本或者效率上存在缺陷。 综上所述，现缺乏一种与现有技术兼容、结构简单且高效的纤维结构，以及对这类 纤维结构进行优化的设计方法，使纤维具有优良的辐射制冷性能，且成本低、生产效率高等 优点。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种辐射制冷纤维的设计方法以及该辐射制冷纤维，以克 服现有辐射制冷纤维技术中制备方法复杂、成本高、效果差等问题，得到兼具辐射制冷性能 和可穿戴性能的人体降温织物。 为了解决上述问题，本发明主要提供如下技术方案：一种辐射制冷纤维的设计方 法，包括以下步骤： S1，根据预定的微纳颗粒材料、预定的聚合物基底材料、以及预定的微纳颗粒的体 积百分数，选取预定范围内不同粒径的微纳颗粒，计算不同粒径的微纳颗粒的散射效率曲 线，并且选取散射效率峰值在可见-红外波段的微纳颗粒的粒径尺寸范围，作为可选范围； S2，将可选范围内的不同粒径的微纳颗粒，结合预定的聚合物基底材料和预定的 微纳颗粒的体积百分数，构成多个等效结构，计算所述多个等效结构在第一厚度范围内，对 应于可见-近红外波段的反射率数据； S3，利用预定的反射率公式，对步骤S2中计算得到的所述反射率数据进行拟合，进 一步外推得到所述多个等效结构在第二厚度范围下的反射率数据； S4，根据步骤S3中得到的多个等效结构在第二厚度范围内的反射率数据，计算在 预定太阳光谱下、各个等效结构对可见-近红外波段的加权反射率，根据所述加权反射率， 得出不同厚度下微纳颗粒的最佳粒径。 优选的，所述步骤S4后还包括验证步骤S5，所述步骤S5包括根据上述步骤S4中得 到的最佳粒径，预定的微纳颗粒材料、预定的聚合物基底材料、以及预定的微纳颗粒的体积 百分数，得到多个不同厚度的辐射制冷纤维，并且测量该多个不同厚度的辐射制冷纤维在 可见-近红外波段内的反射率，以及在中红外波段内的发射率。 优选的，所述步骤S1中，不同粒径的微纳颗粒的散射率如下公式所示： 其中，σeff为颗粒散射效率，σ为颗粒的散射截面，散射截面(m2)＝总散射能(W)/入 射光强度(W/m2)，A表示颗粒的最大几何截面，对于球形颗粒模型，A＝πR2，其中R为球体的半 径。 优选的，所述步骤S3中，所述预定的反射率公式为 其中的D是微纳颗粒粒径，λ为波长，h为等效结构的厚度，R(D,λ,h)为反射率；M、N 为需要拟合的常数，所述反射率公式表示反射率与微纳颗粒粒径、波长和等效结构厚度的 5 CN 111575823 A 说　明　书 3/8 页 关系。 优选的，所述步骤S4中，所述加权反射率为： 其中Isun(λ)为预定太阳光谱，λ1和λ2分别为加权的波长范围的下限和上限。 优选的，所述预定范围为0.2μm-3μm。 优选的，所述可见-近红外波段为0.4μm-2.5μm，所述中红外波段为7μm-14μm 优选的，所述第一厚度范围为3μm-30μm，所述第二厚度范围为100μm-600μm。 一种辐射制冷纤维，包括聚合物基底以及微纳颗粒，所述微纳颗粒按照预定的体 积百分数随机且均匀地分布在所述聚合物基底内，所述辐射制冷纤维利用微纳颗粒散射可 见-近红外光，利用聚合物基底辐射中红外光，所述微纳颗粒的粒径，按照上述设计方法的 步骤来选取。 优选的，所述辐射制冷纤维的直径为3μm-600μm，所述预定的体积百分数为5％- 20％。 优选的，所述聚合物基底的材料满足在可见-近红外波段具有高透过率，以及在中 红外波段具有高发射率，所述微纳颗粒的材料满足在可见-近红外波段具有高反射率特性。 优选的，所述聚合物基底的材料包括PMMA、F-PMMA、PVDF、PET、PVA和PDMS中的一种 或至少两种的混合；所述微纳颗粒的材料包括TiO2、ZnS、ZnO、SiC、BaSO4和Si3N4中的一种或 至少两种的组合。 借由上述技术方案，本发明提供的技术方案至少具有下列优点： 1、本发明设计出的聚合物基底材料结合微纳颗粒材料的辐射制冷纤维结构，无需 复杂的制造步骤，能够准确控制微纳颗粒作为散射介质的浓度和粒径，制备纤维的过程中 也不会导致微纳颗粒材料的浓度和尺寸等参数发生变化，不但结构稳定，而且具有较好的 可见-近红外光反射性能以及中红外波段的发射性能。 2、本发明的设计方法，在预定的材料、预定的纤维厚度范围内，快速确定填充的微 纳颗粒的最佳粒径，以实现在预定的体积百分数下，最高的太阳光谱反射效率。 附图说明 图1为本发明实施例的辐射制冷纤维的示意图。 图2为本发明实施例的辐射制冷纤维的设计方法中不同粒径的微纳颗粒的散射效 率曲线。 图3为本发明实施例的辐射制冷纤维的等效结构的示意图。 图4为本发明实施例的设计方法中的等效结构在同一波长、同一微纳颗粒粒径下， 不同厚度等效结构的反射率数据拟合曲线图。 图5为本发明实施例的设计方法中的等效结构在不同的纤维厚度、不同微纳颗粒 粒径下，对可见-近红外波段的太阳光谱加权反射率的示意图。 图6为本发明实施例1、2、3中的辐射制冷纤维在可见-近红外波段的反射率曲线以 及中红外波段的发射率曲线。 图7为本发明的实施例2以及另外的对比例1、2的辐射制冷纤维在可见-近红外波 6 CN 111575823 A 说　明　书 4/8 页 段的反射率曲线以及中红外波段的发射率曲线。