基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器及设计方法技术

本发明专利技术应用于被动辐射冷却技术领域，具体涉及一种基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器及设计方法，进而实现热辐射冷却的目的。所述吸波器由周期性结构组成，包括算法优化增强区域、介质吸收层、银反射层，由上向下依次排列；一个周期单元的边长P满足5μm≤P≤15μm；本发明专利技术具有以下优点：1.本发明专利技术的选择性吸波器实现了对于大气红外窗口范围内电磁波的近乎完美吸收；2.本发明专利技术相比于传统辐射冷却结构所提出的材料较为简单且厚度更薄；3.本发明专利技术所采取的加工工艺是对上层二氧化钛材料打孔，并将打孔后的二氧化钛转移至银基底或者利用镀膜的方式产生下层银反射面，在制作工艺上较为简单且有利于批量生产。且有利于批量生产。且有利于批量生产。

【技术实现步骤摘要】
基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器及设计方法


[0001]本专利技术应用于被动辐射冷却
，具体涉及一种基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器及设计方法，进而实现热辐射冷却的目的。

技术介绍

[0002]随着对大自然的不断探索和科技的发展，被动辐射冷却作为一种新兴的技术被人们系统性的研究。其原理是通过吸收地球表面的热量并将这部分能量利用大气透明窗口波长范围的电磁波向外太空辐射从而实现降温。目前，人类有一大部分能源用于实现降温，被动辐射冷却技术的研究有望改善这一现状，其可以实现在无能源、电力消耗的情况下实现降温。另一方面，研究证明，辐射冷却技术同样可以应用于解决土地沙漠化问题，利用辐射冷却技术产生内外温差进而收集冷凝水,增加沙漠中植物种植的成活率的问题。
[0003]研究表明，材料对于特定波长的吸收率等价于对于特定波长的发射率。辐射冷却技术要求器件对于大气窗口波长范围的高发射率，其实也就是寻找一种对于窗口波长范围的选择性吸波器。传统的辐射冷却选择性吸波器大致可以分为两种，其一是利用氧化钛、氧化锆、硅和银以及顶层的周期性栅极设计从而实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器，其特征在于：所述吸波器由周期性结构组成，包括算法优化增强区域(1)、介质吸收层(2)、反射层(3)，由上向下依次排列；一个周期单元的边长P满足5μm≤P≤15μm；所述算法优化增强区域(1)的厚度t的范围为0.5μm≤t≤3μm；所述介质吸收层(2)的厚度w的范围为5μm≤w≤25μm，所述银反射层3的厚度h的范围为h≥0.5μm；每个周期单元中一个小正方形单元格的边长a满足a＝P/N,其中P为周期单元边长，N为一个周期单元边长均分的单元格个数；所述算法优化增强区域(1)和介质吸收层(2)均采用二氧化钛材料，所述反射层(3)的材料为银。2.一种根据权利要求1所述基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器，其特征在于：所述吸波器参数如下：P＝10μm，N＝10，a＝1μm，t＝2μm，w＝12μm，h＝0.5μm。3.一种根据权利要求1或2所述述选择性吸波器的设计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：根据设计需要确定材料和尺寸；定义整个结构由上层二氧化钛层和下层银反射层两层结构组成，上层二氧化钛的厚度L＝t+w，其中t为算法优化增强区域(1)的厚度，w为介质吸收层(2)的厚度，L的范围为5.5μm≤L≤28μm，所述下层银反射层的厚度h的范围为h≥0.5μm；采用FDTD仿真软件计算得到初始结构与波长相关的参数：反射率R0(λ)，透射率T0(λ)；计算初始结构的吸收率A0(λ)和发射率ε0(λ)，其中ε0(λ)＝A0(λ)＝1-R0(λ)-T0(λ)；步骤2：定义DBS算法优化单元结构的初始设计域：将上层二氧化钛分为算法优化增强层(1)和介质吸收层(2)，其中初始设计域指算法优化增强层(1)的周期单元结构：每个周期单元为边长为P的正方形区域，相邻单元之间间距为0；将每个单元离散为N
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N的正方形单元格，每个正方格单元格边长a为P/N，其中设计变量为正方形单元格个数以及正方形单元格的状态：打孔或不打孔；其中：5μm≤P≤15μm,1≤N≤10；步骤3：给出DBS算法设计的优化模型DBS算法设计的优化模型为：其中E
g
表示当前结构的大气透明窗口范围内的平均吸收率，x
i,j
表示为材料属性，打孔还是不打孔，i...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜鑫鹏，杨俊波，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：