[发明专利]辐射装置和发射冷却装置

说明书

本实施例涉及具有用于将热能选择性地转换为电磁波的结构的辐射装置等。辐射装置包括导体层，半导体层和多个导体盘。多个导体盘布置在半导体层上，使得在具有矩形形状且边为4.5至5.5μm的多个单元构成区域中的每个中构成相同的布置图案。各个单元部件的布置图案包括对应于3×3矩阵的九个导体盘，并且九个导体盘包括直径彼此不同的四种或更多种的导体盘。结果，在半导体层上形成布置图案的二维周期性结构。

技术领域

本公开涉及一种辐射装置以及包括该辐射装置的发射冷却装置。

背景技术

通过电磁波的热能传输被称为“热辐射”或简称为“辐射”，并且具有存储的热能的物质由于辐射而发射具有由普朗克定律确定的波长的电磁波。此外，在金属和电介质界面处产生作为电子的集体振荡的等离激元(plasmons)。注意，响应于包括原始物质中未发现的光的电磁波而起作用的、具有人工纳米/微米级精细结构的装置被称为超材料，该装置。特别地，在超材料中，等离激元介入的装置称为等离激元超材料。

已知可以配置通过上述等离激元超材料控制辐射光谱并辐射选择的波长的辐射装置。作为这种使用等离激元的辐射装置的一般结构，已知一种堆叠结构，其包括：金属层，形成在金属层上的介电层；以及包括布置在介电层上并具有预定形状的金属图案的金属层。

作为辐射装置的示例，例如，如专利文献1所公开的那样，可以使用堆叠的贵金属-介电-贵金属的超材料作为基底来制造高效吸收特定波长附近的光和电磁波的材料。此外，专利文献1公开了一种其中包括金属层12、形成在金属层12上的导体层14和形成在导体层上的金属盘层16的电磁吸收和辐射装置的结构，并且金属盘层16包括多个圆形导体盘16a。注意，专利文献1描述了吸收波长取决于多个圆形导体盘16a的直径而变化，并且公开了一种窄带电磁吸收和辐射装置，其具有通过使包括在金属盘层16中的多个导体盘16a的直径相等而获得的在单个波长处的辐射和吸收峰。

此外，专利文献2公开了作为辐射装置的应用示例的发射冷却装置，尽管该发射冷却装置不是等离激元超材料。该发射冷却装置使用具有在所谓的“大气窗”之中的8至13μm的波长区域中的高吸收和辐射特性的辐射装置，将转换为波长为8至13μm的电磁波的热辐射到大气外部，“大气窗”是大气影响小且电磁波透射率较高的波长区域。注意，“大气窗”是指大气的影响小且透光率高的波长区域，并且0.2 至1.2μm、1.6至1.8μm、2至2.5μm、3.4至4.2μm、4.4至5.5μm(4.5 至5.5μm)和8至14μm(8至13μm)的波长区域是已知的。

此外，非专利文献1公开了一种辐射装置，其具有：铜层；形成在该铜层上的非晶硅层；以及包括形成在该非晶硅层上的盘状图案以用于辐射冷却的目的的铜层。针对圆盘状的铜层使用八种直径不同的圆盘(直径800至1360nm)来扩宽辐射波带，将总共25个圆盘(即5 张圆盘×5张圆盘)布置在周期为8μm的单位区域内。分析结果表明，在8至13μm的波长区域内可以获得高辐射特性。

引用列表

专利文献

专利文献1：WO/2016/031547

专利文献2：US 2015/0,338,175 A1

非专利文献

非专利文献1：T.Liu等人的，“Metasurface-based three dimensional skyradiator and auxiliary heat mirror(基于超表面的三维天空辐射器和辅助热镜)”，日本应用物理学会第77届秋季会议，讲稿 No.15p-B4-13(2016)

发明内容