[發明專利]一種強化輻射制冷領域的復合結構表面

有效

• 申請號: 202110295321.9
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113063240B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 崔貴成;呂繼組;高林松;白敏麗
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00;B32B15/01;B32B3/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明屬于輻射制冷技術領域，提出了一種強化輻射制冷領域的復合結構表面。該表面基于鈦?鍺?鎢的材料堆疊順序，其中對于鈦金屬需要進行尺寸的設計并制備長、寬和厚度依次為1μm、0.2μm和0.06μm的金屬條帶分別置于鎢襯底和電介質層鍺之上，這些金屬條帶在平行和垂直方向交錯分布，相鄰且平行的條帶間距設置為1μm。中間的鍺介質層設置為0.6μm，同時金屬鎢設置為金屬襯底，其厚度設置為2μm。本發明具備制備可行性強、輻射特性突出的特點，該表面能夠在大氣窗口波段具有較高的光譜發射率，滿足輻射制冷的要求。

技術領域

本發明屬于輻射制冷技術領域，涉及一種強化輻射制冷領域的復合結構表面。

背景技術

大氣對某些特殊波段，如8-13μm區間的電磁波，具有極高的透射性能，使得電磁波能夠直接輻射至宇宙空間，故該波段被稱為大氣窗口。根據大氣窗口的熱力學應用價值，輻射制冷作為一種被動式的散熱方式被提出，其目的是將波長處于8-13μm光譜區間的電磁波強化輻射，并抑制該范圍以外電磁波的發射。超材料電磁發射器能夠通過微觀調控的方式，使表面在大氣窗口波段具有高發射率的特性，從而滿足輻射制冷的要求。

隨著納米技術的進步，應用于輻射制冷的微納模型被廣泛研究和提出。如文獻Wang H,Prasad Sivan V,Mitchell A,Rosengarten G,Phelan P,Wang L.Highlyefficient selective metamaterial absorber for high-temperature solar thermalenergy harvesting.Solar Energy Materials and Solar Cells.2015；137:235-42.提出了Ti-MgF₂-W結構的梯形微表面，通過改變Ti金屬的幾何參數，在可見光波段具有高吸收率，并且在大氣窗口區間高發射率的特性，將其應用在太陽能電池表面，可同時滿足輻射制冷和光伏發電的功能。同樣，文獻Liu Q,Wu W,Lin S,Xu H,Lu Y,Song W.Non-taperedmetamaterial emitters for radiative cooling to low temperature limit.OpticsCommunications.2019；450:246-51.中通過在豎直方向上堆疊若干層金屬—介質—金屬的圓柱形周期性光柵結構，使其在大氣窗口波段平均發射率達到了0.8，溫度降低55K。這些結構在設計上具有極大的靈活性和創新性，但是整體結構較為復雜，并且對制備精度要求較高，難以大范圍普及和應用。另外，學者們提出的模型在理論上依舊存在光譜發射率低、發射帶寬窄、光譜選擇性差等問題，結合復雜的模型設計，并不利于輻射制冷領域的廣泛應用。因此，開發一種結構設計簡易、制備難度低，且能夠很好地滿足大氣窗口區間(8-13μm)持續高發射特性的表面顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是為了解決輻射結構表面設計復雜、光譜輻射特性差等問題，提出了一種基于鈦-鍺-鎢的復合結構表面。

本發明技術方案：

一種強化輻射制冷領域的復合結構表面，包括金屬鎢襯底，半導體鍺電介質層和鈦金屬條，半導體鍺電介質層位于金屬鎢襯底上，鈦金屬條位于半導體鍺電介質層上；

所述的金屬鎢襯底的厚度L8為2-2.5μm；所述的半導體鍺電介質層L7為0.6-0.8μm；所述的鈦金屬條的長度L3為1-1.2μm，寬度L4為0.2-0.25μm，高度L9為0.06-0.08μm；鈦金屬條垂直和平行交錯分布在半導體鍺電介質層上；兩平行鈦金屬條在平行方向的間距L2為1μm，兩垂直鈦金屬條在平行方向距離為L3+2L1為1.8-2μm；兩垂直鈦金屬條在垂直方向的距離L6為1μm，兩平行鈦金屬條在垂直方向距離L3+2L5為1.8-2μm。