[发明专利]一种透射式辐射制冷无机材料

说明书

本发明提出了一种透射式辐射制冷无机材料，包括N层微纳结构以及基底；该透射式辐射制冷无机材料采用了一种新的结构构成，使得该材料能够在保持较高可见透过率的同时，实现极高的中红外吸收，进而实现辐射制冷的作用。其中，基底材料同样为二氧化硅，基底上的N层微纳结构为占空比不同的二氧化硅结构。通过N层不同的二氧化硅微纳结构，能够增强材料在中红外波段的阻抗匹配，弥补单层二氧化硅材料在中红外波段由于阻抗失配导致的吸收率降低的缺陷，使得整体结构在保持可见光高透射率的同时，能够极大的提高中红外吸收率。本发明具有材料组成简单，稳定性好，实用性强等优点，可广泛应用于太阳能电池降温、辐射制冷器效果增强、辐射制冷玻璃等领域。

技术领域

本发明涉及辐射致冷的技术领域，特别涉及一种透射式辐射制冷无机材料。

背景技术

辐射制冷是一种被动式制冷，通过提高材料在8-13微米波段的发射率，该技术可实现利用大气窗口向宇宙这个冷源发射热辐射，以达到降温的效果。辐射制冷与传统制冷方式的不同点在于其不需要消耗电力资源，能够极大程度的减少能源的消耗，是一种节能减排、绿色环保的制冷方式。辐射制冷技术在近几年取得了非常不错的成就，大量的研究表明，利用一种金属与无机或有机材料的组成结构材料，能够实现不错的辐射制冷效果。

为达到较好的辐射制冷效果，现有的研究偏向于采用有机聚合物材料实现辐射制冷。依赖于聚合物材料(如PMMA、TPX、PDMS等)的可见高透明以及红外高吸收的特性，该类辐射制冷材料可表现出较好的辐射制冷效果。然而，有机材料一般容易降解，在室外的应用中比较受限。大部分基于无机材料的辐射制冷材料则存在加工复杂，耗材昂贵、所需材料种类多等问题。且上述材料均为反射式结构，没有考虑室内的采光需求。

因此，制冷效果突出、性能稳定，且能够保持高效的室内采光的辐射制冷材料将在未来的辐射制冷市场中确立明显的优势。

发明内容

为了实现以上功能，本发明提出了一种基于等效介质理论的新型透射式辐射制冷材料的设计方法，得到了一种结构稳定、成本低廉且能够满足采光需求的辐射制冷材料。通过改变特定层二氧化硅微纳结构相对于周期结构的占空比，能够实现该层等效介质的电磁特性的调节。经过合理的调节等效介质的电磁特性，能够弥补二氧化硅基底材料在9-10微米波段由于阻抗失配导致的吸收率降低的缺陷，极大的增强材料在8-13微米波段的红外吸收率(发射率)，从而实现高效的辐射制冷功能。而二氧化硅材料本身在可见光波段具有极高的透明度，从而能够在辐射制冷的同时保持极好的采光效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：提出了一种透射式辐射制冷无机材料，所述材料包括二氧化硅基底和N层二氧化硅微纳结构。其中，N层微纳结构通过增强材料的阻抗匹配效果，实现材料在中红外波段吸收率的提升；整体材料在可见光波段具备极高的透射率，能够在实现辐射制冷的同时保持极好的采光效果。材料的结构参数由遗传算法结合传输矩阵算法优化得出。

其中，所述二氧化硅基底的厚度H小于等于2mm。

其中，所述二氧化硅圆柱的占空比以及圆柱高度为主要优化参数。

其中，所述基底厚度H远大于微纳结构厚度t_total，H/t_total50。

其中，所述第i层二氧化硅结构材料的占空比小于i-1二氧化硅圆柱的占空比，其中1i≤N。

其中，所述辐射制冷材料的结构周期p满足1μmp8μm。

其中，所述二氧化硅圆柱直接在二氧化硅基底材料上，整体材料为一体化结构。

本发明的有益效果在于：