CN111575823A - 一种辐射制冷纤维的设计方法以及该辐射制冷纤维 - Google Patents

Abstract

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中得到的反射率数据进行拟合，进一步外推得到更多反射率数据；S4，根据S3中外推得到的反射率数据，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，根据加权反射率，得出不同厚度下微纳颗粒的最佳粒径。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。

Description

一种辐射制冷纤维的设计方法以及该辐射制冷纤维

技术领域

本发明涉及一种辐射制冷领域，特别是涉及一种辐射制冷纤维的设计方法以及该辐射制冷纤维。

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***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-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。

发明内容

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，σ_eff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关系。

优选的，所述步骤S4中，所述加权反射率为：

其中I_sun(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-近红外波段的反射率曲线以及中红外波段的发射率曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种辐射制冷纤维，如图1所示，该辐射制冷纤维包括聚合物基底1，以及随机分布在基底中的微纳颗粒2，所述辐射制冷纤维中微纳颗粒的体积百分数为5％-20％，所述辐射制冷纤维的直径为3μm-600μm，所述辐射制冷纤维利用微纳颗粒散射可见-近红外光，特别是0.4μm-2.5μm波段的可见-近红外光，利用聚合物基底辐射红外光，特别是7μm-14μm波段的中红外光。

优选的，所述聚合物基底满足在0.4μm-2.5μm范围的可见-近红外波段具有高透过率，并且同时在7μm-14μm范围的中红外光波段具有高吸收率(发射率)特性，可以采用的材料为在可见-近红外波段具有高透过率、并且在7μm-14μm范围的中红外光波段具有高吸收率的热塑性聚合物，例如PMMA、F-PMMA、PVDF、PET、PVA、PDMS等中的一种或者至少两种的混合。

优选的，所述微纳颗粒在0.4μm-2.5μm的可见-近红外波段具有高反射率特性，微纳颗粒的形状可以为圆、椭圆或者不规则形态。微纳颗粒材料包括TiO₂、ZnS、ZnO、SiC、BaSO₄、Si₃N₄中的一种或至少两种的组合。

该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，计算不同粒径微纳颗粒的散射效率曲线，并且选取散射效率峰值在可见-近红外波段的微纳颗粒的粒径尺寸范围，作为可选范围。

S2：将可选范围内不同尺寸的微纳颗粒，结合预定的聚合物基底材料和预定体积百分数，构成为多个等效结构，计算多个等效结构在第一厚度范围内，在可见-近红外波段的反射率数据。所述第一厚度范围为较小的范围，较薄的尺寸，所述第一厚度范围为等效结构的厚度，即辐射制冷纤维的厚度。

S3：利用预定的反射率公式，对S2中初步计算得到的数据进行拟合，并且进一步外推得到第二厚度范围下的反射率数据。所述第二厚度范围为较大的厚度范围，通常大于第一厚度范围，可以包含所述第一厚度范围，或者与第一厚度范围有部分重叠，或者是完全不重叠。所述反射率公式反应所述等效结构在可见-近红外波段的反射率，与等效结构的厚度、波长、以及微纳颗粒粒径之间的关系。

S4：根据S3步骤中得到的第二厚度范围内的反射率数据，计算在预定太阳光谱下、可见-近红外波段的加权反射率，根据该加权反射率，得出常见厚度下微纳颗粒的最佳粒径。

所述加权反射率，是按反射率公式中的波长进行加权，即在预定的太阳光谱下计算可见-近红外波段的反射率的加权来得到该加权反射率，因此该加权反射率与等效结构的厚度、微纳颗粒的粒径有关，可以从该加权反射率中得出，不同的等效结构，不同的加权反射率，所对应的微纳颗粒的粒径。

并且，所述步骤S4后还可以包括验证步骤S5进行验证，将步骤S4中得到的最佳粒径结合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，选取不同尺寸的纤维厚度，进行组合得到不同厚度的辐射制冷纤维，并且测量多个辐射制冷纤维在可见-近红外波段的反射率，以及在中红外光波段的发射率，是否满足预定要求。

上述可见-近红外波段可以选择0.4μm-2.5μm波段，或者其他在可见-近红外波段范围内的波段。上述红外光波段可以选择7μm-14μm波段，或者其他在红外光波段范围内的波段。

优选的，步骤S1中，预定范围通常为设计可选择的微纳颗粒的粒径范围，一般选取0.2μm-3μm，在该预定范围内，通常选取具有第一间隔的多个微纳颗粒，该第一间隔约为0.25μm，然后分别计算该些不同粒径的微纳颗粒的散射效率曲线。

更加具体的，该S1步骤中对微纳颗粒粒径在预定范围内进行扫描，计算不同粒径微纳颗粒的散射截面曲线，进一步利用散射截面计算散射效率曲线。

其中，σ_eff为颗粒散射效率，σ为颗粒的散射截面，颗粒的散射截面(m²)＝总散射能(W)/入射光强度(W/m²)，A表示颗粒最大几何截面，对于球形颗粒，A＝πR²，其中R为球体的半径。选取散射效率峰值在0.4μm-2.5μm的可见-近红外波段内的微纳颗粒的粒径尺寸，作为可选范围。

例如，选取微纳颗粒材料为TiO₂，聚合物基底材料为PMMA时，参见图2所示，为不同粒径尺寸的微纳颗粒的散射效率曲线，横坐标为波长，竖坐标为散射效率，每条线代表不同的微纳颗粒的粒径，因此散射效率峰值在0.4μm-2.5μm波段内的微纳颗粒的粒径尺寸为0.2μm-1.7μm，即所述可选范围。

更加具体的，该步骤中可利用软件仿真，先基于时域有限差分法的FDTDsolutions构建三维球形颗粒，即上述步骤中所述的微纳颗粒，光源选用全场散射场光源(TFSF)，使得未被反射的光源部分光不会进入功率探测器，光源波长为0.4μm-2.5μm，即选取可见光-近红外波段的光作为光源，便捷条件设置为完美匹配层(PML)，使得测试边界不反射光线，进而测试空间就等于是无限大的空间。添加截面分析组，即功率探测器，测量被散射的光的功率的绝对值。

步骤S2中，将可选范围内的不同粒径的微纳颗粒，按照第二间隔分为多种，该第二间隔可以为0.1μm，并且结合预定的聚合物基底材料以及预定体积百分数，构成多个等效结构。

如图3所示，所述多个等效结构的厚度范围选定为3μm-30μm，即第一厚度范围。在该第一厚度范围内，所述等效结构3可以为利用基于时域有限差分法的FDTD Soultions构建的三维立方体，其内随机分布同一直径的微纳颗粒4。该等效结构3内的微纳颗粒4的体积百分数，为一固定值，即上述预定体积百分数。

对该多个等效结构，计算在可见-近红外波段的反射率。如图4所示，为该多个等效结构的反射率数据的其中部分，该图中所示数据的为同一微纳颗粒粒径的等效结构对同一波长的反射率曲线，横坐标为等效结构厚度，纵坐标为反射率。

该步骤S3中，对S2中得到的反射率数据进行拟合，具体的方法为以同一微纳颗粒粒径、同一波长、不同等效结构厚度的反射率作为一个数据集，进行曲线拟合，拟合的的是下述反射率公式：

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即为需要拟合的常数。该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关系。拟合得到该M和N后，可以外推到更大范围，即等效结构的第二厚度范围内的反射率数据。例如，该第二厚度范围为100μm-600μm。并且，该第二厚度范围可以是包含该第一厚度范围，也可以是与该第一厚度范围有部分重叠，也可以是与第一厚度范围没有重叠的范围。本领域技术人员可以根据需要随意选取。

步骤S4中，在第二厚度范围内，在可见-近红外波段，具体为0.4μm-2.5μm内做加权，得到下述在太阳光谱下的加权反射率：

其中I_sun(λ)为预定太阳光谱，可以是AM15太阳光谱，是现实中的太阳光及其入射角度所产生的不同的光的强度。λ₁和λ₂分别为加权的波长范围的下限和上限，例如，选取可见-近红外波段，该λ₁为0.4μm，λ₂为2.5μm，则上述公式变为：

通过上述公式(3)，就可以得出，不同的微纳颗粒粒径D和不同的等效结构的厚度h条件下的加权反射率，就可以确定，在一定的材料厚度范围内的最佳微纳颗粒粒径D。例如，如图5所示，在该图所示的200μm-600μm的辐射制冷纤维材料的厚度内，微纳颗粒的最佳粒径在0.6μm。如图5所示，为不同的纤维厚度、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。从图中可以看到，在该辐射制冷纤维的厚度为200-600的范围内，对应的微纳颗粒的粒径为0.6μm时，不管是哪个厚度，达到的太阳光加权反射率均为最高。

因此，通过上述步骤，在某一预定体积百分数、某种微纳颗粒材料和某种聚合物基底材料的情况下，不同的制冷纤维材料厚度所对应的最佳的微纳颗粒尺寸。

上述步骤S4后，还可以包括验证步骤S5，该步骤，将上述S1-S4中确定的参数进行辐射制冷纤维的软件仿真模拟，然后测量该辐射制冷纤维对0.4μm-2.5μm波段的实际的反射率，以及对7μm-14μm波段的红外发射率曲线，看是否达到预计的要求。

例如，具体为采用时域有限差分数值方法对该辐射制冷纤维构成的织物的等效模型进行仿真分析，利用FDTD Soultions构建一个特定厚度的三维PMMA立方体，在其中随机分布直径为600nm的TiO₂颗粒。光源选用平面波，从z方向入射，波长为0.4μm-2.5μm，x、y方向边界条件为周期性边界条件，z方向为完美匹配层(PML)，并添加功率监视器，计算反射率。将入射平面波波长改为7μm-14μm，再次仿真得到对应的发射率。

实施例一：

聚合物基底材料为PMMA，微纳颗粒材料为TiO₂，根据上述方法选取出微纳颗粒的最佳粒径为600nm，确定纤维内微纳颗粒的体积分数为10％，得到所述辐射制冷纤维，并且纤维构成的面料的厚度为50μm。

利用FDTD Soultions构建一个的三维PMMA立方体，其厚度确定为50μm，在其中随机分布体积分数为10％、直径为600nm的TiO₂颗粒。利用步骤S5所述的仿真设置，计算得到所述纤维构成的面料的可见-近红外光反射率曲线，以及7μm-14μm波段发射率，如图6中点划线所示。

根据上述反射率、发射率曲线，计算得到对应太阳光谱加权反射率为0.84，大气窗口平均发射率，即7μm-14μm波段发射率的平均值为0.93。

实施例二：

聚合物基底材料为PMMA，微纳颗粒材料为TiO₂，根据上述方法选取出微纳颗粒的最佳粒径为600nm，确定纤维内微纳颗粒的体积分数为10％，得到所述辐射制冷纤维，并且纤维构成的面料的厚度为100μm。

利用FDTD Soultions构建一个的三维PMMA立方体，其厚度确定为100μm，在其中随机分布体积分数为10％、直径为600nm的TiO₂颗粒。利用步骤S5所述的仿真设置，计算得到所述纤维构成的面料的可见-近红外光反射率曲线，以及7μm-14μm波段发射率，如图6中虚线所示，以及图7中实线所示。

根据上述反射率、发射率曲线，计算得到对应太阳光谱加权反射率为0.92，大气窗口平均发射率，即7μm-14μm波段发射率的平均值为0.95。

实施例三：

聚合物基底材料为PMMA，微纳颗粒材料为TiO₂，根据上述方法选取出微纳颗粒的最佳粒径为600nm，确定纤维内微纳颗粒的体积分数为10％，得到所述辐射制冷纤维，并且纤维构成的面料的厚度为200μm。

利用FDTD Soultions构建一个的三维PMMA立方体，其厚度确定为200μm，在其中随机分布体积分数为10％、直径为600nm的TiO₂颗粒。利用步骤S5所述的仿真设置，计算得到所述纤维构成的面料的可见-近红外光反射率曲线，以及7μm-14μm波段发射率，如图6中实线所示。

根据上述反射率、发射率曲线，计算得到对应太阳光谱加权反射率为0.96，大气窗口平均发射率，即7μm-14μm波段发射率的平均值为0.96。

对比例1：

选取微纳颗粒材料的粒径为300nm，聚合物基底材料为PMMA，微纳颗粒材料为TiO₂，确定纤维内微纳颗粒的体积分数为10％，得到所述辐射制冷纤维，并且纤维构成的面料的厚度为100μm。

该辐射制冷纤维的仿真过程同样用S5步骤来实施，计算得到该纤维构成的面料的可见-近红外光反射率曲线，以及7μm-14μm波段发射率，如图7中虚线所示。

计算得到对应太阳光谱加权反射率为0.88，大气窗口平均发射率为0.95。

对比例2：

选取微纳颗粒的粒径为1.6μm，聚合物基底材料为PMMA，微纳颗粒材料为TiO₂，确定纤维内微纳颗粒的体积分数为10％，得到所述辐射制冷纤维，并且纤维构成的面料的厚度为100μm。

该辐射制冷纤维的仿真过程同样用S5步骤来实施，计算得到该纤维的可见-近红外光反射率曲线，以及7μm-14μm波段发射率，如图7中点划线所示。

计算得到对应太阳光谱加权反射率为0.80，大气窗口平均发射率为0.95。

将上述实施例1-4以及对比例1-2列表得到下述表1。

表1：

由表1可知，采用本发明所述设计方法得到的实施例，在适宜的制冷纤维厚度(>100μm)下，理论上对可见光和近红外光的反射率可达到90％以上，7μm-14μm波段平均发射率可达到95％，具有良好的辐射制冷效果。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一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。

2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于：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。

3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于：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，σ_eff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。

4.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于：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关系。

5.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述加权反射率为：

其中I_sun(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。

6.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述预定范围为0.2μm-3μm。

7.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述可见-近红外波段为0.4μm-2.5μm，所述中红外波段为7μm-14μm。

8.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述第一厚度范围为3μm-30μm，所述第二厚度范围为100μm-600μm。

9.一种辐射制冷纤维，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，其特征在于：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，按照上述权利要求1-8中任一项所述的设计方法的步骤来选取。

10.如权利要求8所述的辐射制冷纤维，其特征在于：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％。

11.如权利要求10所述的辐射制冷纤维，其特征在于：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。

12.如权利要求11所述的辐射制冷纤维，其特征在于：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。

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