[發明專利]一種實現輻射制冷的二氧化硅熱超材料及其應用

有效

• 申請號: 202110070272.9
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112833582B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 范春珍;殷懷遠
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 張智偉

本發明屬于熱超材料及輻射制冷技術領域，公開一種實現輻射制冷的二氧化硅熱超材料及其應用。所述二氧化硅熱超材料由反射層及位于其上的吸收層組成，所述吸收層由基底層和圖案層組成；所述反射層由從上到下交替排列的二氧化鈦層和氟化鎂層組成；所述基底層由從上到下依次排列的二氧化硅層、氮化硅層和二氧化鈦層組成，所述圖案層由在二氧化硅層上表面上呈周期性排布的二氧化硅結構單元組成，所述二氧化硅結構單元包括兩個大小相等的二氧化硅等腰直角三棱柱，這兩個二氧化硅等腰直角三棱柱關于二氧化硅結構單元的幾何中心對稱。本發明熱超材料，結構簡單，易于制作，并且在大氣窗口有近完美吸收并在太陽光波段有較高的反射。

技術領域

本發明屬于熱超材料及輻射制冷技術領域，具體涉及一種實現輻射制冷的二氧化硅熱超材料及其應用。

背景技術

隨著能源消費需求的不斷增加，溫室氣體的排放已經對人們的生活構成了威脅。特別是傳統的制冷方式需要消耗大量的電能并伴隨熱量的產生，進一步加劇了二氧化碳的排放，導致全球變暖。因此，迫切需要找到一種有效的降溫方法來降低建筑、車輛和衣物的溫度并減少能源消耗。輻射制冷是一種在不消耗能量的情況下，通過在大氣窗內選擇性發射來降低溫度的一種技術。早在1975年，Catalanotti等人就提出了輻射冷卻的概念和溫度與熱量的熱力學關聯式。2014年，Raman等人首次在實驗中展示了二氧化硅和二氧化鉿在金屬基底上交替排列的多層結構，其室溫下的冷卻功率可以達到40.1W/m²。

熱超材料是一種具有獨特性能的人工材料。通過周期性排列的結構單元，改變熱流在介質中的傳輸特性，實現一些天然材料中不存在的特性。這種結構可用于選擇性輻射冷卻，取得了顯著的進展。

發明內容

為克服現有技術中存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種實現輻射制冷的二氧化硅熱超材料及其應用。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種實現輻射制冷的二氧化硅熱超材料，所述二氧化硅熱超材料由反射層及位于其上的吸收層組成，所述吸收層由基底層和圖案層組成；所述反射層由從上到下交替排列的二氧化鈦層和氟化鎂層組成；所述基底層由從上到下依次排列的二氧化硅層、氮化硅層和二氧化鈦層組成，所述圖案層由在二氧化硅層上表面上呈周期性排布的二氧化硅結構單元組成，二氧化硅層的上表面記為x-y平面，二氧化硅結構單元在二氧化硅層上表面上沿x軸、y軸的排列周期分別記為Px、Py，Px=Py=8±0.1 μm；

所述二氧化硅結構單元包括兩個大小相等的二氧化硅等腰直角三棱柱，這兩個二氧化硅等腰直角三棱柱關于二氧化硅結構單元的幾何中心對稱，并且兩個二氧化硅等腰直角三棱柱的上/下底面直角所在頂點、二氧化硅結構單元的幾何中心在二氧化硅層上表面上的正投影點在同一條直線上；二氧化硅等腰直角三棱柱的上/下底面等腰直角三角形的高d1=3±0.1 μm，兩個二氧化硅等腰直角三棱柱之間的距離d2=1±0.1 μm，二氧化硅等腰直角三棱柱的高t1=3±0.1 μm。

較好地，基底層中，二氧化硅層厚t2=7±0.1 μm，氮化硅層厚t3=6±0.1 μm，二氧化鈦層厚t4=6±0.1μm。

較好地，以每層的厚度計，所述反射層從上到下由二氧化鈦層70±0.1 nm、氟化鎂層100±0.1 nm、二氧化鈦層120±0.1 nm、氟化鎂層110±0.1 nm、二氧化鈦層100±0.1nm、氟化鎂層72±0.1 nm、二氧化鈦層53±0.1 nm、氟化鎂層100±0.1 nm、二氧化鈦層75±0.1 nm組成。

上述實現輻射制冷的二氧化硅熱超材料在建筑材料、被動制冷器件上的應用。