一种基于光子晶体辐射制冷的可视窗制造技术

本发明专利技术涉及光学辐射技术领域，具体为一种基于光子晶体辐射制冷的可视窗，其结构为：(SiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种基于光子晶体辐射制冷的可视窗


[0001]本专利技术涉及光学辐射
，具体为一种基于光子晶体辐射制冷的可视窗。

技术介绍

[0002]受温室效应的影响，全球暖化和气候异常的情形越来越严重。建筑能耗占全球各国能源消耗总量的20
‑
40％。在炎热气候下，建筑玻璃能耗大约占建筑冷负荷的50％，所以减小建筑玻璃能耗带来的能耗就成为减少建筑冷负荷的关键。
[0003]大气窗口(atmospheric window)指天体辐射中能穿透大气的一些波段。由于地球大气中的各种粒子对辐射的吸收和反射，只有某些波段范围内的天体辐射才能到达地面。大气窗口的光谱段主要有：微波波段(0.3
‑
10GHz/0.03
‑
1m)，热红外波段(8000nm
‑
14000nm)，中红外波段(35000nm
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55000nm)，近紫外、可见光和近红外波段(300nm
‑
13000nm，15000nm
‑
25000nm)。大气透射率在8000nm
‑
13000nm即热红外波段很高，所以该波段被称为大气透明窗口，当所设计的薄膜在此波段提供高的发射率，而在其他波段吸收率较低时，就能够将多余的热量发射到外层空间，从而达到被动辐射制冷的目的。
[0004]因此，选择透射光谱的理想光学太阳辐射范围为：紫外(300nm
‑
400nm)和近红外的零透射率，避免过多的热量在可见光范围(400nm
‑
700nm)内具有足够的透射率(通常＞0.6)，同时还要有较好的色泽，辐射制冷大气窗口散热(700nm
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25000nm，3000nm
‑
5000nm，8000nm
‑
14000nm)。
[0005]例如夏季汽车内部由于太阳辐射等因素温度很高，人体舒适度降低，需要空调来调节车内温度，消耗车上油电等能源，这会使汽车续航能力减弱，也会增加能耗。所以汽车窗口必须具备调节不同波段的反射率和吸收率的能力，进而改变车内温度。如在汽车车窗上安装一种玻璃系统，该结构透射可见光，反射紫外和近红外波段的光，在大气窗口(8
‑
13μm)具有高选择性发射率的玻璃窗格玻璃有利于减少炎热气候下的冷却负荷。
[0006]Raman等人在Nature上提出一种七层不同厚度的HfO2层和SiO2层交替堆叠形成的纳米光子结构，设计每层膜厚度，使其具有优异的日间辐射制冷性能。Yang等人制备了一种新型被动式日间辐射制冷的HDPE/Cr2O3/TiO2复合人工草坪，在太阳直射下，覆盖人工草坪的温度比未覆盖的温度约低24℃。苏州大学的Sheng等人提出了一种利用光学Tamm共振辅助的彩色辐射制冷器，通过调节Tamm结构和Ag层的厚度来控制彩色辐射制冷器的光学特性，产生青色、品红和黄色的相减色(CMY)，实现5
‑
6℃的降温效果。邱玲玉等为解决彩色辐射制冷材料可见光波段反射率不高的问题，利用聚苯乙烯(PS)纳米微球在辐射制冷性能良好的白色底层上组装出结构色，制备出辐射制冷性能高的彩色辐射制冷(CPRC)薄膜。范婷婷等通过将PDMS/ZrO2分散液浇铸成膜得到辐射制冷薄膜，结合PDMS的高红外发射率和低表面能、ZrO2的高折射率以及SiO2的粗糙结构和高发射率，使用PDMS/SiO2喷涂液对其进行疏水化处理得到表面具有粗糙结构的超疏水辐射制冷PDMS/ZrO2/SiO2薄膜。
[0007]相较于上述途径，光子晶体辐射制冷可视窗在不需要任何额外能量的输入下，可有效地反射太阳光，并通过大气窗口，将室内过余的能量发射到外太空中，实现室内自动降
温的目的。此技术作为一种无电源输入降低制冷能耗的被动、有效、可再生的方式，在节能应用领域备受关注。

技术实现思路

[0008]本专利技术为减小太阳能玻璃系统能耗，在玻璃表面加镀性能优良的涂层，使涂层在可见光(380nm
‑
780nm)范围具有高的透射率，并且能够反射近红外(780nm
‑
3000nm)热量，在8000nm
‑
13000nm的波段内具有高的发射率，发射热红外热量，在25000nm
‑
8000nm和13000nm
‑
20000nm波长区域内具有低发射率，可以显著减少大气窗外热辐射的吸收，达到辐射制冷效果。提供了一种基于光子晶体辐射制冷的可视窗。
[0009]本专利技术的技术方案是，一种基于光子晶体辐射制冷的可视窗，其结构为：(SiO2‑
HfO2)
m
SiO2/GLASS/(TiO2–
Ag)
n
TiO2，其中(SiO2‑
HfO2)
m
SiO2结构为发射层，用于辐射制冷，(TiO2–
Ag)
n
TiO2结构为反射层，用于反射太阳光谱，m、n为整数，m为发射层的周期，n为反射层的周期。其中m为1、2、3，周期性结构中，HfO2膜厚100
‑
1100nm，SiO2膜厚800
‑
2200nm。优选结构为(SiO2‑
HfO2)3SiO2/GLASS/(TiO2‑
Ag)2TiO2，为材料组成的光子晶体模型，优选的反射层结构为TiO2/Ag/TiO2/Ag/TiO2，对应的厚度依次为25nm、15nm、50nm、15nm、25nm。
[0010]为了达到高热红外发射率，需使热量在反射前被吸收，(SiO2‑
HfO2)3SiO2结构在5000nm
‑
20000nm有较高的吸收率，起辐射制冷的作用，(TiO2‑
Ag)2TiO2结构在300nm
‑
1000nm起反射太阳光谱的作用，本专利技术具体实施方式中分别对比在对应波长范围内的反射率、透射率、吸收率，通过设计计算膜厚、太阳光谱层光热性能、表面发射率以及周期数等，仿真得到了可见光波段范围透过，近红外波段范围反射，中红外波段范围吸收并且具有辐射制冷效果的薄膜。
[0011]本专利技术的有益效果是，(SiO2‑
HfO2)3SiO2结构的太阳光谱直接透射比为84.14％，直接反射比为15.80％，直接吸收比为0.062％，该结构的反射率最高为95.44％，可见光波段(380nm
‑
780nm)透射率最高为90.80％，红外波段(8000nm
‑
20000nm)吸收率最高为100％，太阳光谱直接透射比为39.52％，直接反射比为53.19％，直接吸收比为7.29％。该结构在温度为300K，8000nm
‑
13000nm波段范围内，表面发射率为72.15％，此时效果最佳。因此，本专利技术可以实现可见光波段范围透过，近红外波段范围反射，中红外波段范围吸收并且具有辐射制冷效果。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光子晶体辐射制冷的可视窗，其特征是：结构为：(SiO2‑
HfO2)
m
SiO2/GLASS/(TiO2–
Ag)
n
TiO2，其中(SiO2‑
HfO2)
m
SiO2结构为发射层，用于辐射制冷，(TiO2–
Ag)
n
TiO2结构为反射层，用于反射太阳光谱，m、n为整数，为发射层的周期，n为反射层的周期。2.根据权利要求1所述的基于光子晶体辐射制冷可视窗的模型结构，其特征是：其中m为1、2、3。3.根据权利要求1所述的基于光子晶体辐射制冷可视窗的模型结构，其特征是：周期性结构中，HfO2膜厚为100
‑
1100nm。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亚丽，闫宇，杜超，张德平，张凤英，
申请(专利权)人：晋中学院，
类型：发明
国别省市：