本发明涉及一种基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜及其制备方法，属于新材料。
背景技术：
1、随着科技发展和物质水平提高，人们对化石能源的消耗和需求逐年上升，温室气体排放率高，导致全球变暖和酸雨等恶劣天气现象加剧。调查发现，建筑占全球总能耗的30%以上，而这些能源消耗主要用于供暖和制冷，为了实现建筑节能，在做好建筑隔热保温的基础上，还需要一种绿色、无能耗的制冷技术或材料来替代高能耗的冷凝器或减轻冷凝器的制冷压力。近年来，被动式日间辐射制冷技术备受关注，该技术通过反射0.3-2.5 μm波段的太阳光来减少热量吸收，利用 8-13 μm波段的大气窗口，以热辐射的形式将地球物体的热量传递到宇宙空间（约3 k），不消耗任何能源，也不会造成任何污染。
2、一些聚合物薄膜在红外区具有高发射特性，且聚合物薄膜制备方法简单可大面积制备，为了提高薄膜在可将光波段的反射率，通常会在薄膜背面叠加一层银或铝等金属反射层，这无疑增加了辐射制冷膜的成本，在聚合物中掺杂具有太阳光反射和隔热效果的颗粒制备具有辐射制冷性能的复合膜是目前冷却建筑物的最佳选择。
3、除了成本问题，建筑物外墙还有一定的美学要求，但为了尽可能多地反射太阳光，大多数辐射制冷材料都是白色或银色的，这些颜色在实际应用场景中并不总是受欢迎。从本质上讲，基于太阳光与材料的相互作用，将彩色被动辐射冷却器可分为染料着色和结构着色两种机制，第一种利用颜料和染料选择性地吸收可见光谱的特定部分（0.4-0.74 μm），通过其固有的对化学物质的吸收来获得所需的颜色。然而，吸收可见光波段的能量会产生大量热量，从而降低辐射冷却效率。光子晶体是一种介电常数周期性变化的材料，具有光子禁带的特性，当光子禁带位于可见光范围内时，特定波长的可见光无法传播，因而发生反射，产生结构色。由于形成颜色的原理不同，因此结构色对复合膜辐射冷却性能的影响较小，而且结构色的色彩饱和度高，比较稳定，理论上结构不被破坏，永不褪色。
4、在室外应用中，还应考虑辐射冷却膜的耐久性，如紫外线（uv）照射导致的材料结构降解，风、沙和灰尘造成的表面污染，冲击或摩擦造成的表面损伤，这些都会对冷却效率和色彩饱和度产生不利影响。目前，对于获得廉价高效且耐久性好的彩色建筑外墙辐射制冷器依然存在挑战。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一类基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜及其制备方法。采用硬模板法制备单分散空心sio2微球，通过浸渍提拉法构筑三维光子晶体结构色，由于空心结构的存在，sio2（折射率n≈1.457）、空气（折射率n=1）和聚合物产生高折射率比，从而赋予结构色薄膜靓丽的结构色，且空气的热导率比sio2的低，热量经过空心结构后，被阻隔掉一部分，从而达到隔热保温的目的。
2、本发明采用的技术方案为：基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜，由能够产生结构色和隔热效果的空心sio2微球组装形成的光子晶体、具有太阳光反射效果的微米级颗粒和填充在空心sio2微球与微米级颗粒之间的红外辐射聚合物组成。所述微米级颗粒在薄膜中的质量分数为30 wt%-70 wt%，所述空心sio2微球结构色层的厚度为0.5-1.5 μm，所述薄膜的厚度为0.5-1.8 mm。
3、本发明所述微米级颗粒包括空心玻璃微珠（hgbs）、空心陶瓷微珠、硅藻土、硫酸钡、二氧化钛、氧化铝、聚四氟乙烯中的至少一种。
4、本发明所述红外辐射聚合物包括聚二甲基硅氧烷（pdms）、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、聚甲醛中的至少一种。
5、优选的，所用单分散空心sio2微球的粒径为213 nm-268 nm。
6、一种基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜的制备方法，包括下述工艺步骤：
7、（1）将微米级颗粒和聚合物或者微米级颗粒、聚合物单体和引发剂通过超声或磁力搅拌均匀分散在溶剂中形成铸膜液；
8、（2）将组成光子晶体结构色的单分散空心sio2微球加乙醇超声分散均匀得到微球分散液，采用浸渍提拉法制备三维光子晶体，将干净的基片垂直浸渍在微球分散液中，室温下提拉，干燥，得到光子晶体结构色负载的基片；
9、（3）将铸膜液倒在光子晶体结构色负载的基片上，固化后从基片上揭下，即得基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜。
10、上述技术方案中，所述溶剂为正己烷、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、六氟异丙醇中的一种。
11、优选的，所述微米级颗粒、聚合物的用量比为 4:10-23:10，所述微米级颗粒、聚合物单体、引发剂的用量比为 4:10:1-23:10:1。
12、优选的，所述溶剂的用量为聚合物或聚合物单体和引发剂质量的0.5-2倍。
13、优选的，空心sio2微球分散液的质量分数为5 wt%-10 wt%。
14、本发明的有益效果为：本发明的基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜，利用空心sio2微球与聚合物产生高折射率比，有效提高结构色薄膜的色彩饱和度，同时空心结构可以达到隔热保温的目的，可有效提高热管理能力，在可见光和近红外光波段，所用微米级颗粒将大部分这个波段的太阳光反射和散射，吸收较少，且聚合物在大气窗口波段具有高发射率。
15、所用聚合物在红外区具有较高发射特性，同时在其中掺杂具有太阳光反射效果的微米级颗粒，由于颗粒粒径较大，不会填充进入光子晶体结构的缝隙中，因此不会对结构色造成破坏，而用于成膜的聚合物渗入光子晶体结构的缝隙中，将微米级颗粒和光子晶体结构都固化在pdms膜中，结构色从基板上转移下来，解决了结构色与辐射制冷材料结合强度差的问题。
16、本发明通过优化薄膜中微米级颗粒粒径及添加量、膜厚度来控制薄膜在特定波段的反射、吸收及散射。在掺入具有反射效果的微米级颗粒后，该薄膜无需金属反射层即可实现高反射率（96.3%），在大气窗口波段（8 μm-13 μm）的平均发射率可达94.9%，在日间环境温度下净制冷功率可达95.6 w/m2，可使建筑物降温9.7℃，拥有优异的日间被动辐射制冷性能，且原料价廉易得，制备方法简单，色彩饱和度高，有望在节能建筑中大规模应用。
17、薄膜中的所有微纳米粒子都封装在具有高机械强度的聚合物中，同时薄膜具有自清洁能力，水接触角可达119°，在节能建筑中的应用潜力很大。
1.基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜，其特征在于：由能够产生结构色和隔热效果的空心sio2微球组装形成的光子晶体、具有太阳光反射效果的微米级颗粒和渗透在空心sio2微球与微米级颗粒缝隙之间的红外辐射聚合物组成；所述微米级颗粒在薄膜中的质量分数为30 wt%-70 wt%，所述空心sio2微球结构色层的厚度为0.5-1.5 μm，所述薄膜的厚度为0.5-1.8 mm。
2.根据权利要求1所述的基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜，其特征在于：所述微米级颗粒包括空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、硅藻土、硫酸钡、二氧化钛、氧化铝中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜，其特征在于：所述红外辐射聚合物包括聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、聚甲醛、聚四氟乙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜，其特征在于：所述空心sio2微球的粒径为213 nm-268 nm。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂为正己烷、甲苯、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃中的一种。
7.根据权利要求5所述的基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述微米级颗粒、聚合物的用量比为 4:10-23:10，所述微米级颗粒、聚合物单体、引发剂的用量比为 4:10:1-23:10:1。
8.根据权利要求5所述的基于空心sio2微球的彩色隔热型辐射制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述空心sio2微球分散液的质量分数为5 wt%-10 wt%。
