一种偏振可控的彩色辐射制冷超材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公布了一种可以通过偏振调控颜色的辐射制冷超材料，实现了多样性的颜色显示和高效的制冷性能，该设计由上下两个部分组成，上层为红外发射器，由二氧化硅圆锥体和二氧化钛

【技术实现步骤摘要】
一种偏振可控的彩色辐射制冷超材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于辐射制冷
，尤其涉及一种偏振可控的彩色辐射制冷超材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]全球气候变化和能源消耗成为人类面临的巨大挑战，制冷过程中能源消耗问题尤为突出
。
传统的冷却技术需要消耗大量的化石燃料，由此产生的大量温室气体的排放加剧了全球变暖的问题，辐射制冷技术通过
8~13
μ
m
大气窗口的透过性将热量辐射到周围空间，从而在不消耗任何能源的情况下降低温度
。
[0003]目前大多数辐射制冷器呈现白色或银色以达到太阳波段的强反射，从而保证最高的冷却效果，但这样会导致光污染和眼睛安全等问题，也具有很大的应用局限性
。
所以彩色辐射制冷器的设计可以使其同时具有降温功能和美观特性
。
[0004]现有的彩色辐射制冷器或采用颜料导致冷却能力不强，或采用结构色无法灵活改变显示颜色，偏振可控的彩色辐射制冷超材料可以更好的解决这个问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种偏振可控的彩色辐射制冷超材料及其制备方法和应用，可以同时实现高效制冷和偏振控制颜色显示
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种偏振可控的彩色辐射制冷超材料，包括位于上层的红外发射器和位于下层的可见光选择性反射器，所述红外发射器从上至下依次由周期性排列的二氧化硅圆锥体膜层/>、
二氧化钛膜层
、
二氧化硅膜层
、PDMS
膜层复合而成，所述可见光选择性反射器从上至下依次由周期性排列的银椭圆柱层
、
周期性排列的二氧化硅椭圆柱层和银膜层复合而成，椭圆柱形结构是为了实现结构的各向异性，不同偏振角度的反射率不一样导致颜色不同
。
[0007]进一步的，所述红外发射器沿
x、y
轴的周期
P1=27
±
0.1
μ
m
，顶部二氧化硅圆锥体半径
r=13
±
0.1
μ
m
，厚度
t1=10
±
0.1
μ
m
，二氧化钛
、
二氧化硅
、PDMS
多层膜厚度依次为
t2=6
±
0.1
μ
m
，
t3=6
±
0.1
μ
m
，
t4=7
±
0.1
μ
m。
[0008]进一步的，所述可见光选择反射器沿
x、y
轴的周期
P2=300
±
1nm
，银
、
二氧化硅多层椭圆柱的长轴和短轴分别为
a=30
±
1nm
，
b=18
±
1nm
，厚度分别为
t5=15
±
1nm
，
t6=15
±
1nm。
[0009]一种偏振可控的彩色辐射制冷超材料的制备方法，首先采用直流磁控溅射法有序沉积银
、
二氧化硅
、
银薄膜，然后使用光刻和等离子体反应刻蚀技术创建银
、
二氧化硅椭圆柱，再采用化学旋涂法将
PDMS
均匀涂附到椭圆柱单元上，再利用直流磁控溅射技术依次沉积二氧化硅
、
二氧化钛
、
二氧化硅薄膜，最后在顶部涂上牺牲层，并通过光刻和湿法蚀刻工艺获得锥形结构，锥形结构可以实现大气窗口波段更高的发射率以达到更好的制冷效果
。
[0010]一种偏振可控的彩色辐射制冷超材料用于节能建筑
、
电子设备
、
个人热管理中
。
[0011]本专利技术具有的优点是：
1.
由于偏振可控的机理是在于表面单元结构的各向异性，各方向结构不同导致偏振改变的反射谱不同从而实现偏振控制颜色显示，本专利技术的偏振可控的彩色辐射制冷超材料，大气窗口的平均发射率达到
96.62%
，与常规
90%
的发射率相比提高不少，其主要原因为本专利技术中材料特定选择和结构设置的组合，椭圆柱形结构实现结构的各向异性，锥形结构可以实现大气窗口波段更高的发射率以达到更好的制冷效果，结合本专利技术中材料的固有吸收，使最终制备的超材料具有高可见光的反射率的同时实现偏振可控的颜色显示，该设计可以通过对结构与偏振角度的调整，以多种方式实现对颜色显示的调节；
2.
本专利技术的偏振可控的彩色辐射制冷超材料在
8~13
微米的大气窗口具有高发射率实现制冷功能，可以有效应用于节能建筑，电子设备，个人热管理等领域
。
附图说明
[0012]图1（
a
）是本专利技术偏振可控的彩色辐射制冷超材料的
3D
示意图结构示意图；（
b
）是红外发射器俯视图，（
c
）是可见光选择性反射器俯视图，（
d
）是侧视图
。
[0013]图2为本专利技术的偏振可控的彩色辐射制冷超材料的反射部分的反射谱（
a
）和发射部分的发射谱（
b
）；图3为本专利技术提出的偏振可控的彩色辐射制冷超材料银
/
二氧化硅多层椭圆柱在
x
偏振下不同纵横轴比下的反射光谱（
a
）
, 在
y
偏振下不同纵横轴比下的反射光谱（
b
），当比值纵横轴比取
0.6
时，超材料在不同偏振角下的反射光谱（
c
）； CIE
图上点（（
d
）
‑
（
f
））对应着（
a
）
‑
（
c
）的反射谱；每个反射谱对应的彩色显示（
g
）
。
[0014]图4为本专利技术提出的偏振可控的彩色辐射制冷超材料在不同温度下大气窗口的辐射冷却功率（
a
），银
/
二氧化硅多层椭圆柱不同纵横轴比下的太阳吸收功率和净冷却功率（
b
）；当比值纵横轴比取
0.6
时，不同偏振角下的太阳吸收功率和净冷却功率（
c
）
。
[0015]图5为本专利技术提出的偏振可控的彩色辐射制冷超材料在不同对流系数下的净冷却功率（
a
）；在不同入射角下在大气窗口中的辐射冷却功率和发射率（
b
）
。
具体实施方式实施例...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种偏振可控的彩色辐射制冷超材料，其特征在于：包括位于上层的红外发射器和位于下层的可见光选择性反射器，所述红外发射器从上至下依次由周期性排列的二氧化硅圆锥体膜层
、
二氧化钛膜层
、
二氧化硅膜层
、PDMS
膜层复合而成，所述可见光选择性反射器从上至下依次由周期性排列的银椭圆柱层
、
周期性排列的二氧化硅椭圆柱层和银膜层复合而成
。2.
如权利要求1所述的偏振可控的彩色辐射制冷超材料，其特征在于：所述红外发射器沿
x、y
轴的周期
P1=27
±
0.1
μ
m
，顶部二氧化硅圆锥体半径
r=13
±
0.1
μ
m
，厚度
t1=10
±
0.1
μ
m
，二氧化钛
、
二氧化硅
、PDMS
多层膜厚度依次为
t2=6
±
0.1
μ
m
，
t3=6
±
0.1
μ
m
，
t4=7
±
0.1
μ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：范春珍，夏昊，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：