KR102190381B1 - 자연복사냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자연복사냉각 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른, 자연복사냉각 시스템은, 원적외선을 흡수하고, 흡수된 원적외선을 방사하는 적외선 흡수방사층을 포함하되, 상기 적외선 흡수방사층은, 제 1 나노입자와; 상기 제 1 나노입자의 컨덕션밴드(CBM)의 에너지 준위보다 낮은 에너지 준위의 컨덕션밴드를 가지는 제 2 나노입자를 포함하고, 상기 제 1 나노입자의 상기 컨덕션밴드의 에너지 준위 및 상기 제 2 나노입자의 상기 컨덕션 밴드의 에너지 준위 간의 차이는 0.1eV 내지 0.15eV로 제공된다.

Description

자연복사냉각 시스템{NATURAL RADIATIVE COOLING SYSTEM}
본 발명은 에너지 소비 없이 냉각시킬 수 있는 자연복사냉각 시스템에 관한 것이다.
기존의 냉방 시스템은 냉매가스의 상변화를 이용하여 대류를 시키는 방식으로 많은 에너지를 소비하며 온실가스를 배출하는 등의 도심 열섬현상과 지구온난화를 가속화시키는 주범이다.
도 1은 태양 및 표면온도가 298K인 흑체의 복사광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 표면온도 6000K의 태양에서는 대부분 가시광선과 근적외선의 형태로 에너지가 복사되나 표면온도가 298K와 유사한 지구표면에서의 복사에너지는 주로 8 ~ 15 μm 파장의 원적외선 형태로 방출된다. 따라서, 이론적으로, 가시광선과 근적외선을 100% 가까이 반사시키고 8 ~ 15 μm 파장의 원적외선을 잘 투과시킬 수 있다면 입사되는 태양의 복사에너지는 막고 지구의 복사에너지를 우주배경으로 잘 방출시킬 수 있게 되므로 추가적인 에너지가 필요 없는 자연복사냉각이 가능하다.
이러한 이론에 따라, 나노입자의 경우 양자구속효과에 의해 그 크기에 따라 밴드갭이 바뀌는 성질을 가지고 있어, 이를 조절함으로써 적외선을 흡수하고 방사하도록 제공될 수 있다. 다만, 8 내지 15 μm 파장에 해당하는 원적외선 영역의 에너지를 흡수하기 위해서는 약 0.1 내지 0.15 eV의 밴드갭을 가지는 물질을 사용해야하는데, 0.1 내지 0.15 eV의 밴드갭을 가지는 나노입자를 합성하는 것 자체가 어려우며, 이러한 물질을 합성한다 하더라도 이러한 물질들은 밴드갭 이상의 에너지 영역대도 흡수를 할 수 있어서 효과적으로 가시광선을 투과시키지 못하여 냉각 효과가 떨어지고 투명하지 않다는 단점이 있다.
또한, 합성된 나노입자의 경우 대부분 긴 유기 리간드로 둘러싸여 있어 나노입자간 거리가 멀어서 전자가 쉽게 이동할 수 없고, 이로 인해 전자가 에너지를 쉽게 흡수 및 방사할 수 없다.
본 발명은 별도의 에너지 공급 없이 냉각이 가능한 자연복사냉각 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 광학적 특성, 물리적 특성 및 전기적 특성 조절이 가능한 자연복사냉각 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 저비용으로 대면적 제조가 가능한 자연복사냉각 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 자연복사냉각 시스템을 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 자연복사냉각 시스템은, 원적외선을 흡수하고, 흡수된 원적외선을 방사하는 적외선 흡수방사층을 포함하되, 상기 적외선 흡수방사층은, 제 1 나노입자와; 상기 제 1 나노입자의 컨덕션밴드(CBM)의 에너지 준위보다 낮은 에너지 준위의 컨덕션밴드를 가지는 제 2 나노입자를 포함하고, 상기 제 1 나노입자의 상기 컨덕션밴드의 에너지 준위 및 상기 제 2 나노입자의 상기 컨덕션 밴드의 에너지 준위 간의 차이는 0.1eV 내지 0.15eV로 제공된다.
상기 제 2 나노입자의 크기는 상기 제 1 나노입자의 크기보다 크게 제공될 수 있다.
상기 제 2 나노입자는 상기 제 1 나노입자와 상이한 재질로 제공될 수 있다.
상기 제 2 나노입자는 도핑 처리되어 제공될 수 있다.
상기 제 1 나노입자 및 상기 제 2 나노입자의 사이에는 제 1 치환 리간드가 제공되되, 상기 제 1 치환 리간드는 상기 제 1 나노입자 및 상기 제 2 나노입자가 합성될 때 생성되는 제 1 합성 리간드보다 짧은 길이를 가질 수 있다.
상기 적외선 흡수방사층과 적층되고, 가시광선을 반사하는 가시광선 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 가시광선 반사층은 금속 나노입자를 포함할 수 있다.
상기 금속 나노입자의 사이에는 제 2 치환 리간드가 제공되되, 상기 제 2 치환 리간드는 상기 금속 나노입자가 합성될 때 생성되는 제 2 합성 리간드와 상이한 재질로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 자연복사냉각 시스템은 별도의 에너지 공급 없이 냉각이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자연복사냉각 시스템은 광학적 특성, 물리적 특성 및 전기적 특성 조절이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자연복사냉각 시스템은 저비용으로 대면적 제조가 가능하다.
도 1은 태양 및 표면온도가 298K인 흑체의 복사광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연복사냉각 시스템의 모식도이다.
도 3은 도 2의 적외선 흡수방사층으로 사용하고자 하는 제 1 나노입자 및 제 2 나노입자의 리간드 치환 전후의 특성 변화를 나타낸 모식도이다.
도 4는 도 2의 적외선 흡수방사층의 제 1 나노입자 및 제 2 나노입자가 서로 초격자를 이루고 있는 상태를 나타낸 투과전자현미경 이미지이다.
도 5는 도 2의 가시광선 반사층의 금속 나노입자의 리간드에 따른 특성 변화를 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자연복사냉각 시스템의 모식도이다. 도 3은 도 2의 적외선 흡수방사층으로 사용하고자 하는 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)의 리간드 치환 전후의 특성 변화를 나타낸 모식도이다. 도 4는 도 2의 적외선 흡수방사층의 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)가 서로 초격자를 이루고 있는 상태를 나타낸 투과전자현미경 이미지이다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 자연복사냉각 시스템은 적외선 흡수방사층 및 가시광선 반사층을 포함한다.
적외선 흡수방사층은 원적외선을 흡수하고, 흡수된 원적외선을 방사한다. 일 실시 예에 따르면, 적외선 흡수방사층은 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)를 포함한다. 제 2 나노입자(B)의 컨덕션 밴드(CBM)는 제 1 나노입자(A)의 컨덕션밴드(CBM)의 에너지 준위보다 낮게 제공된다. 제 1 나노입자(A)의 컨덕션밴드의 에너지 준위 및 제 2 나노입자(B)의 컨덕션 밴드의 에너지 준위 간의 차이는 0.1 내지 0.15 eV로 제공된다. 즉, 제 2 나노입자(B)의 컨덕션밴드(CBM)에 위치된 전자는 8 내지 15 μm의 파장에 해당하는 원적외선을 흡수함으로써 제 1 나노입자(A)의 컨덕션밴드(CBM)으로 이동되고, 제 1 나노입자(A)의 컨덕션밴드(CBN)에 위치된 전자가 제 2 나노입자(B)의 컨덕션밴드(CBM)으로 이동하면서 8 내지 15 μm의 파장에 해당하는 원적외선을 방사한다. 따라서, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B) 각각의 밴드갭은 2 내지 4 eV 범위로 유지되고, 서로의 컨덕션 밴드의 에너지 준위의 차이가 0.1 내지 0.15 eV로 제공됨으로써, 8 내지 15 μm의 파장에 해당하는 원적외선 영역의 에너지를 선택적으로 흡수 및 방사하되, 이보다 에너지가 작은 가시광선은 흡수되지 않고 투과가 되도록 설계할 수 있다. 뿐만 아니라, 나노입자의 종류 또는 크기를 조절하여 밴드갭을 조절하면 투과되는 가시광선의 파장을 조절할 수 있어 여러가지 색상을 구현할 수 있다. 즉, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)를 각각 밴드갭이 약 4 eV 정도로 큰 물질, 예를 들면, 금속 칼코게나이드 나노입자 및/또는 금속 산화물 나노입자를 사용함으로써 원적외선 영역의 에너지만을 흡수하고 밴드갭보다 작은 가시광선 및 근적외선에 해당되는 에너지는 흡수하지 못하게 하여 냉각효과를 극대화하면서 동시에 적외선 흡수방사층을 투명하게 제공할 수 있다. 또한, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)를 각각 밴드갭이 2 내지 3 eV 범위의 가시광선 영역으로 제공함으로써 적외선 흡수 방사층이 의도적으로 특정한 색상을 가지도록 할 수 있다.
제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)는 서로 초격자로 배열될 수 있다. 이와 달리, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)는 서로 무작위로 배열될 수 있다. 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)가 초격자로 배열되는 경우, 서로 전자를 주고받을 수 있는 컨덕션 밴드의 비율이 높아지므로, 서로 무작위로 배열되는 경우에 비해 원적외선의 흡수 및 방사 효율이 높게 제공된다. 용액 공정 시 증발이 용이한 무극성 용매에 두 가지 종류의 나노입자를 섞은 후 무겁고 극성인 용매 위에 소량으로 떨어뜨린 후 무기 용매를 증발시켜주면 초격자 구조의 박막이 형성된다. 두 나노 입자를 초격자로 배열시키는 방법은 일반적으로 공개되어 있는 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.
일 실시 예에 따르면, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)는 서로 상이한 재질로 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 1 나노입자(A)는 금속 칼코게나이드 나노입자로 제공되고, 제 2 나노입자(B)는 컨덕션밴드의 에너지 준위가 제 1 나노입자(A)의 컨덕션밴드의 에너지 준위보다 0.1 내지 0.15 eV만큼 큰 금속 산화물 나노입자로 제공될 수 있다. 예를 들면, 금속 산화물은 ZnO, InGaZnO, NiO 또는 SnO 등 밴드갭을 가지는 반도체 물질로 제공될 수 있다.
나노입자의 경우 양자구속효과에 의해 그 크기가 작아질수록 밴드갭이 커지는 성질을 가진다. 따라서, 상술한 바와 달리, 제 2 나노입자(B)를 제 1 나노입자(A)와 동일한 재질로 제공되되 제 1 나노입자(A)보다 크게 제공함으로써 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)의 밴드갭을 서로 상이하도록 조절할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)는 금속 칼코게나이드 나노입자로 제공될 수 있다. 특히 금속 칼코게나이드 나노입자의 경우 입자의 크기에 따라 밴드갭이 바뀔 때, 밸런스밴드(VBM)의 에너지 준위는 거의 변하지 않고 컨덕션밴드(CBM)의 에너지 준위만 바뀌므로 밴드갭 조절을 위한 크기 조절이 보다 용이하다. 따라서, 제 2 나노입자(B)는 제 1 나노입자(A)의 컨덕션밴드(CBM)의 에너지준위보다 0.1 내지 0.15 eV 만큼 낮게 컨덕션밴드(CBM)의 에너지 준위를 가지는 금속 칼코게나이드 나노입자로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제 2 나노입자(B)는 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 2 나노입자(B)는 전자의 수가 증가되도록 n형으로 도핑 처리될 수 있다. 예를 들면, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)가 금속 칼코게나이드 나노입자로 제공되는 경우, 제 2 나노입자(B)를 1018 내지 1021/cm3의 전자 농도를 가지도록 도핑시켜 제공할 수 있다. 제 2 나노입자(B)를 선택적으로 도핑함으로써, 제 2 나노입자(B)의 컨덕션 밴드에 전자를 제공한다. 제 2 나노입자(B)의 컨덕션 밴드에 전자가 없는 경우, 밸런스 밴드에만 전자가 존재하므로 밴드갭 이상의 에너지를 받아야만 외부의 에너지를 흡수할 수 있다. 또한, 이와 같이, 나노입자의 선택적 도핑을 통해 에너지를 흡수하는 전자의 양을 늘림으로써 냉각효과를 더욱 높일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)는 용액공정에 의해 합성된다. 일반적으로 용액공정에 의해 나노입자 생성시 무극성의 긴 유기 리간드가 생성된다. 따라서, 추후 기판 상에 도포시 사용되는 무극성의 용매에 나노입자의 분산이 용이할 수 있다. 예를 들면, 상기 긴 유기 리간드는 Oleylamine, Oleic acid, Ocatadecanol 및 TOPO 등 긴 알켈체인을 가지는 유기 리간드일 수 있다. 따라서, 나노 입자는 합성시 생성된 리간드에 의해 둘러싸이도록 제공된다. 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)가 합성될 때 제 1 합성 리간드(11)가 합성될 수 있다. 따라서, 제 1 합성 리간드(11)가 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)를 둘러싸도록 제공되어, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)의 사이에는 제 1 합성 리간드(11)가 위치될 수 있다. 이 경우, 긴 유기 리간드로 제공된 제 1 합성 리간드(11)의 길이가 과도하게 길게 제공되는 경우, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B) 간의 거리가 멀어 컨덕션밴드(CBM)간에 전자의 이동이 용이하지 않을 수 있다. 예를 들면, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)가 서로 크기가 상이한 금속 칼코게나이드 나노입자로 제공되는 경우, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)의 합성시 제 1 합성 리간드(11)는 복수개의 탄소가 연결된 긴 탄소사슬 리간드로 제공될 수 있다. 이 경우, 긴 탄소사슬 리간드의 길이에 의해 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B) 간의 거리가 멀어져 전자의 이동이 어려워져 원적외선의 에너지를 흡수 및 방사가 용이하지 않을 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제 1 합성 리간드(11)는 제 1 합성 리간드(11)보다 짧은 길이를 가지는 제 1 치환 리간드(12)로 치환될 수 있다. 예를 들면, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)의 생성시 제 1 합성 리간드(11)가 상기 긴 탄소사슬 리간드로 제공되는 경우, 제 1 치환 리간드(12)는 상기 긴 탄소사슬 리간드보다 짧은 길이를 가지는 SCN리간드로 치환될 수 있다. 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B) 간에 제공되는 리간드가 보다 짧은 길이를 가지는 리간드로 치환됨으로써 제 1 나노입자(A)의 컨덕션밴드(CBM) 및 제 2 나노입자(B)의 컨덕션밴드(CBM) 간에 전자파동이 오버랩되어 쉽게 전자가 이동하면서 8 내지 15 μm의 파장에 해당하는 원적외선을 쉽게 흡수 및 방사할 수 있다. 이와 달리, 제 1 치환 리간드(12)는 적은 양의 탄소를 가지는 EDT 또는 MPA 등의 짧은 유기 리간드, 또는 상기 짧은 유기 리간드보다 더 짧은 길이를 가지는 Cl, Br 또는 I 등의 짧은 무기 리간드로 제공될 수 있다.
이와 달리, 제 1 합성 리간드(11)를 제거함으로써 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B) 간의 거리를 가깝게 하여 적외선 흡수방사층이 8 내지 15 μm의 파장에 해당하는 원적외선을 쉽게 흡수 및 방사할 수 있도록 제공할 수 있다.
도 5는 도 2의 가시광선 반사층의 금속 나노입자의 리간드에 따른 특성 변화를 나타낸 모식도이다. 도 5를 참조하면, 가시광선 반사층은 적외선 흡수방사층과 적층되도록 제공된다. 가시광선 반사층은 거울과 같이 빛을 반사하는 소재로 제공되어 적외선 흡수방사층을 투과한 가시광선을 반사한다. 일 실시 예에 따르면, 가시광선 반사층은 금속 나노입자를 포함한다. 예를 들면, 가시광선 반사층은 은 나노입자로 제공될 수 있다.
제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)의 합성과 관련하여 상술한 바와 같이, 금속 나노입자(30) 또한 용액공정에 의해 합성될 때 제 2 합성 리간드(21)가 합성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 2 합성 리간드(21)는 제 2 치환 리간드(22)로 치환될 수 있다. 이 경우, 금속 나노입자(30)의 사이에는 제 2 치환 리간드(22)가 제공된다. 제 2 치환 리간드(22)는 제 2 합성 리간드(21)와 상이한 재질로 제공된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 가시광선 반사층은 제 2 치환 리간드(22)의 종류에 따라 반사층의 광학적 특성, 물리적 특성 및 전기적 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 제 2 합성 리간드(21)는 긴 탄소사슬 리간드로 제공되고, 제 2 치환 리간드(22)는 긴 탄소사슬 리간드보다 짧은 길이를 가지는 리간드로 제공되거나, 제 2 합성 리간드(21)를 제거함으로써, 가시광선 반사층의 반사율, 열전도도 및 전기전도도 등과 같은 광학적, 물리적 전기적 특성을 조절할 수 있다.
적외선 흡수방사층 및 가시광선 반사층은 기판 상에 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 가시광선 반사판은 용액공정 기반으로 합성된 금속 나노입자를 무기용매에 분산시킨 상태에서 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법으로 기판 상에 도포하여 형성될 수 있다. 또한, 적외선 흡수방사층은 용액공정 기반으로 합성된 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)를 무기용매에 분산시킨 상태에서 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법으로 기판 상에 형성된 가시광선 반사층 상에 도포하여 형성될 수 있다. 이와 달리, 보다 투명한 자연복사냉각 시스템이 요구되는 경우, 가시광선 반사층은 제공되지 않고, 적외선 흡수방사층은 용액공정 기반으로 합성된 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)를 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법으로 기판 상에 형성될 수 있다. 기판은 소재에 제한되지 않는다. 예를 들면, 기판은 유리, 폴리이미드, 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 등의 유연 고분자 필름 등의 다양한 종류의 재질로 제공될 수 있다. 상술한 방법에 따라 제조 완료된 자연복사냉각 시스템은 건물의 외벽, 유리창 및 차체 등 냉방이 요구되는 다양한 종류의 물체의 외면에 제공될 수 있다.
이와 달리, 적외선 흡수방사층 및 가시광선 반사층은 별도의 기판이 아닌 냉방이 요구되는 물체의 외면에 나노입자를 직접 스프레이 방식 등으로 도포하여 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상술한 리간드 치환은, 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B), 또는 금속 나노입자(30)를 기판 상에 도포한 후에, 도포된 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B), 또는 금속 나노입자(30)에 극성용매에 분산되어 있는 무기리간드 용액을 뿌려주거나 도포된 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B), 또는 금속 나노입자(30)를 극성용매에 분산되어 있는 무기리간드 용액에 침지시켜 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 극성용매는 메탄올, 이소프로필알코올(IPA) 또는 탈이온수(DIW)로 제공될 수 있다. 이와 달리, 상술한 리간드 치환은, 용액 공정에 의해 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B) 합성 후 기판 상에 도포하기 전에, 그리고, 용액 공정에 의해 금속 나노입자(30) 합성 후 기판 상에 도포하기 전에 수행될 수 있다. 예를 들면, 리간드 치환은 액상계면치환법에 의해 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자연복사냉각 시스템은 내부로부터 복사되는 원적외선은 흡수하여 방사하고, 태양으로부터 복사되는 가시광선은 반사시킴으로써 별도의 에너지 공급 없이 냉각이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자연복사냉각 시스템은 적외선 흡수방사층에 제공되는 제 1 나노입자(A) 및 제 2 나노입자(B)의 재질 및 크기를 조절하고, 가시광선 반사층에 제고되는 금속 나노입자(30)의 재질을 상이하게 하고, 적외선 흡수방사층 및 가시광선반사층 생성시 리간드를 다양한 종류로 치환함으로써, 광학적 특성, 물리적 특성 및 전기적 특성을 조절할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자연복사냉각 시스템은 용액 공정에 의해 나노 입자가 합성되어 스프레이 공정 등에 의해 쉽게 박막을 형성할 수 있어 간단하고 저비용으로 대면적으로 제조가 가능하다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
11: 제 1 합성 리간드 12: 제 1 치환 리간드
21: 제 2 합성 리간드 22: 제 2 치환 리간드
30: 금속 나노 입자

Claims (8)

  1. 원적외선을 흡수하고, 흡수된 원적외선을 방사하는 적외선 흡수방사층을 포함하되,
    상기 적외선 흡수방사층은,
    제 1 나노입자와;
    상기 제 1 나노입자의 컨덕션밴드(CBM)의 에너지 준위보다 낮은 에너지 준위의 컨덕션밴드를 가지는 제 2 나노입자를 포함하고,
    상기 제 1 나노입자의 상기 컨덕션밴드의 에너지 준위 및 상기 제 2 나노입자의 상기 컨덕션 밴드의 에너지 준위 간의 차이는 0.1eV 내지 0.15eV로 제공되고,
    상기 제 2 나노입자와 제 1 나노입자는 동일한 재질로 제공되고,
    상기 제 2 나노입자를 제 1 나노입자 보다 크게 제공함으로써 제1 나노입자 및 제 2 나노입자(B)의 밴드갭이 서로 상이하도록 조절하고,
    제 1 나노입자 및 제 2 나노입자가 금속 칼코게나이드 나노입자로 제공되는 자연복사냉각 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 원적외선을 흡수하고, 흡수된 원적외선을 방사하는 적외선 흡수방사층을 포함하되,
    상기 적외선 흡수방사층은,
    제 1 나노입자와;
    상기 제 1 나노입자의 컨덕션밴드(CBM)의 에너지 준위보다 낮은 에너지 준위의 컨덕션밴드를 가지는 제 2 나노입자를 포함하고,
    상기 제 1 나노입자의 상기 컨덕션밴드의 에너지 준위 및 상기 제 2 나노입자의 상기 컨덕션 밴드의 에너지 준위 간의 차이는 0.1eV 내지 0.15eV로 제공되고,
    상기 제 2 나노입자는 전자의 수가 증가되도록 n형으로 도핑 처리되고,
    상기 제 2 나노입자를 선택적으로 도핑함으로써, 제 2 나노입자의 컨덕션 밴드에 전자를 제공하는 자연복사냉각 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 나노입자 및 상기 제 2 나노입자의 사이에는 제 1 치환 리간드가 제공되되,
    상기 제 1 치환 리간드는 상기 제 1 나노입자 및 상기 제 2 나노입자가 합성될 때 생성되는 제 1 합성 리간드보다 짧은 길이를 가지는 자연복사냉각 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외선 흡수방사층과 적층되고, 가시광선을 반사하는 가시광선 반사층을 더 포함하는 자연복사냉각 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가시광선 반사층은 금속 나노입자를 포함하는 자연복사냉각 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 나노입자의 사이에는 제 2 치환 리간드가 제공되되,
    상기 제 2 치환 리간드는 상기 금속 나노입자가 합성될 때 생성되는 제 2 합성 리간드와 상이한 재질로 제공되는 자연복사냉각 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220108935A (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 한국화학연구원 무전원냉각용 다공성 고분자 및 이의 제조방법

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115574485A (zh) * 2019-10-31 2023-01-06 高丽大学校产学协力团 辐射冷却元件及其制作方法
KR102225800B1 (ko) * 2019-11-22 2021-03-12 고려대학교 산학협력단 복사 냉각 소자 및 이의 제조방법
KR102298310B1 (ko) * 2020-04-02 2021-09-06 고려대학교 산학협력단 냉각 구조체
KR102230348B1 (ko) * 2020-04-10 2021-03-22 고려대학교 산학협력단 세라믹 나노입자 혼합물을 이용한 복사 냉각 소자
KR102225804B1 (ko) * 2020-08-04 2021-03-11 고려대학교 산학협력단 기판의 광특성을 활용한 복사냉각소자
KR102392577B1 (ko) * 2020-09-11 2022-05-02 주식회사 포엘 복사 냉각 구조체
KR102637202B1 (ko) 2020-11-25 2024-02-16 고려대학교 산학협력단 태양전지 및 이의 제조 방법
KR102442291B1 (ko) * 2020-12-10 2022-09-13 고려대학교 산학협력단 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자
CN112524721B (zh) * 2020-12-18 2022-02-08 南京工业大学 一种新型被动式蓄能型空调系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016205717A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for radiative cooling and heating

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100712200B1 (ko) * 2004-12-20 2007-04-27 고려대학교 산학협력단 유무기 하이브리드 전계발광소자 및 그 제조방법
KR102231471B1 (ko) * 2016-08-09 2021-03-25 한국전자통신연구원 메타 물질 구조체 및 그 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016205717A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for radiative cooling and heating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220108935A (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 한국화학연구원 무전원냉각용 다공성 고분자 및 이의 제조방법
KR102466621B1 (ko) 2021-01-28 2022-11-11 한국화학연구원 무전원냉각용 다공성 고분자 및 이의 제조방법

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