显示了商业涂料与轻质涂料反射太阳辐射的能力差异。轻质涂料发出的红外热量多于吸收的红外热量，使表面低于环境温度，因此对于协助移动设备（如电动汽车）的热管理具有吸引力。图由普渡大学提供。
 

By Dr. Neil Canter, 特约编辑| TLT Tech Beat2023年2月。 原文发表于TLT杂志。

这种涂料具有相当的太阳反射率，但会产生更薄的涂层，从而减轻重量。

• 将六方氮化硼添加到已经反射大部分阳光的涂料中，可使涂料重量更轻，在太阳反射率方面同样有效。

• 非球形六方氮化硼薄片的不对称性质产生更有效的太阳反射。

• 在20-30°C的温度范围内对轻质涂料进行为期三天的户外测试，铝基板温度比环境温度低6-8°C。

热管理正在成为电气化组件开发中一个非常重要的问题，因为热量会限制其有效性和耐用性。一个典型的例子是电池电动汽车，其中降低工作温度将延长工作范围并提高效率。

冷却静止或移动物体的常用方法是使用空调，但这可能不会降低该物体周围环境中的温度。印第安纳州西拉斐特普渡大学机械工程教授 Xiulin Ruan说：“虽然空调可以有效地冷却特定区域，但会将热量释放到外部空气中，这些热量留在地球上，不幸的是增加了物体周围环境的温度。

提供额外的电气设备冷却方法可能会导致更好的热管理。挑战是如何偏转太阳产生的大量热量。Ruan说：“太阳在5800 K的温度下发送热量，代表每平方米超过1000瓦的能量通量。这对地球表面产生了重大影响，地球表面的平均温度为300 K。

散热的另一种策略是利用称为辐射冷却的被动冷却技术。Ruan说：“辐射冷却涉及表面如何响应太阳辐射并发出红外热量。辐射冷却表面在将太阳辐射反射到深空方面非常有效，从而有效地最大限度地减少了太阳加热。同时，辐射冷却表面向8-13微米之间的大气透明窗口发射热量，该窗口在红外范围内。如果表面具有高反射性，则表面损失的热量多于吸收的热量，这可能导致表面净冷却。反过来，地表可以冷却周围的环境和地球。

找到可以覆盖物体外表面的合适白色涂料为散热和协助热管理提供了重要机会。市售的白色涂料主要使用二氧化钛作为颜料。Ruan说：“二氧化钛反射了80%-90%的阳光，但这仍然意味着其余的（10%-20%）被吸收到物体中作为热量。这种颜料还可以吸收紫外线，这无助于降低物体的温度。

Ruan和他的同事开发了一种基于硫酸钡的涂料，可以反射高达98.1%的阳光。他说：“硫酸钡具有良好的带隙，不吸收紫外线。问题是硫酸钡基涂料干燥后的厚度必须为400微米。这是基于二氧化钛的商业涂料厚度的两倍多。这种涂料将有效地减少静止物体（如建筑物）吸收的热量，并且会更耐用，但移动物体增加的重量使其不理想。

现在采用了一种新的方法来设计一种重量更轻的涂料，适用于移动物体。

六方氮化硼为了生产可用于运输应用的涂料，研究人员转向使用六方氮化硼作为颜料。Ruan说：“我们发现氮化硼具有许多吸引人的特性。这种材料具有白色，具有良好的颜料形态，重量轻，不吸收紫外线。折射率几乎“与二氧化钛一样高，比硫酸钡更好”。

当将六方氮化硼引入厚度为150微米的涂料配方中时，太阳反射率为97.9%，天窗发射率为0.83。

Ruan说：“六方氮化硼是一种层状材料，其中非球形片相互滑动。与硫酸钡和二氧化钛基涂料中存在的球形颗粒相比，这些颗粒的不对称特性导致更有效的太阳反射。

图2显示了比较左侧传统涂料与右侧六方氮化硼基涂料如何反射阳光的示意图。

显示了商业涂料与轻质涂料反射太阳辐射的能力差异。轻质涂料发出的红外热量多于吸收的红外热量，使表面低于环境温度，因此对于协助移动设备（如电动汽车）的热管理具有吸引力。图由普渡大学提供。

研究人员制备了六方氮化硼与丙烯酸粘合剂体积比为60：40的涂料。Ruan说：“这个比例代表了六方氮化硼的最高处理率，可以在不牺牲油漆机械性能的情况下制备。如果增加比例，那么油漆会变得太脆，容易开裂。

六方氮化硼基涂料的另一个好处是存在气孔。Ruan说：“一旦使用的溶剂二甲基甲酰胺蒸发，我们注意到油漆内部形成了孔隙。孔隙有助于油漆反射阳光的能力，它们的存在减轻了重量。

在20-30°C的温度范围内，平均相对湿度为73%，平均露点为19°C，对油漆进行了为期三天的户外测试。铝基板的温度在三天内平均比环境温度低6-8°C，在白天则低5-6°C。这种温差可能会在协助移动设备（如电池电动汽车）的热管理方面产生显着差异。

六角氮化硼基涂料重量轻，对运输应用非常有吸引力。Ruan正致力于使涂料更具可持续性。他说：“我们的下一个目标是消除挥发性有机化合物（VOC）溶剂并开发水性涂料。我们还打算提高油漆的自清洁能力。

更多信息可以在最近的第¹篇文章中找到，也可以通过 [email protected] 联系Ruan找到。

参考资料

REFERENCE
1. Felicelli, A., Katsamba, I., Barrios, F., Peoples J., Chu, G. and Ruan, X. (2022), “Thin layer lightweight and ultrawhite hexagonal boron nitride nanoporous paints for daytime radiative cooling,” Cell Reports Physical Science, 3 (10), 101058.

Neil Canter 掌管着他自己的咨询公司“化学解决方案”(Chemical Solutions)，该公司位于宾夕法尼亚州的Willow Grove。 Tech Beat的想法可以通过[email protected]提交给他。