KR102340400B1 - Colored radiative cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 색상형 복사 냉각 소자에 관한 것으로, 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 근적외선은 반사하고, 색상 구현에 필요한 가시광선의 흡수에 따른 열유입을 최소화하며, 대기의 창(sky window)의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서 복사 냉각을 수행하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a color-type radiation cooling device, which efficiently controls incident sunlight to reflect near-infrared rays, minimizes heat inflow due to absorption of visible light required for color realization, and has a wavelength range of the sky window It relates to a technology to provide a color-type radiation cooling device that performs radiative cooling while expressing various colors as infrared rays are absorbed and emitted.
수동형 복사 냉각(Radiative Cooling) 소자는 낮 동안 태양광에 해당하는 파장(0.3-2.5㎛)를 반사하고 우주 밖으로 빠져나갈 수 있는 복사열(8-13㎛) 에너지를 방사하여 수동적으로 냉각될 수 있다.A passive radiative cooling device can be passively cooled by reflecting the wavelength (0.3-2.5㎛) corresponding to sunlight during the day and radiating radiant heat (8-13㎛) energy that can escape out of space.
한편, 수동형 복사 가열(Radiative Heating) 소자는 낮 동안 태양광에 해당하는 파장(0.3-2.5㎛)를 흡수하고 우주 밖으로 빠져나갈 수 있는 복사열(8-13㎛) 에너지는 잘 흡수하지 않아 수동적으로 가열될 수 있다.On the other hand, the passive radiative heating element absorbs the wavelength (0.3-2.5㎛) corresponding to sunlight during the day and does not absorb the radiant heat (8-13㎛) energy that can escape out of space, so it is heated passively. can be
수동형 냉각 소자의 효율은 소자 자체의 광특성 측정을 통해서 확인할 수 있다.The efficiency of the passive cooling device can be confirmed by measuring the optical properties of the device itself.
열 방출을 위해서는 장파장 적외선 영역에서의 높은 흡수율 또는 방사율을 가짐에 따라 우주로 열을 잘 내뿜을 수 있어야 한다.For heat dissipation, it must be able to radiate heat into space as it has a high absorption or emissivity in the long-wavelength infrared region.
플랑크 분포(Planck distribution)에 의하면 300K의 온도 일 때 파장 6-20㎛ 영역에서 최대로 열을 방출할 수 있는 조건을 가지게 된다. 지구의 경우에는 대기의 창(sky window) 영역이 약 8-13㎛ 영역이므로, 수동형 냉각 소자의 열 방출 능력을 최대치로 올리기 위해서는 8-13㎛ 영역에서의 흡수율 또는 방사율이 최대치가 되어야 한다.According to the Planck distribution, when the temperature is 300K, it has a condition for maximally dissipating heat in the wavelength range of 6-20 μm. In the case of the Earth, the sky window region of the atmosphere is about 8-13 μm, so in order to maximize the heat dissipation capability of the passive cooling element, the absorption or emissivity in the 8-13 μm region should be the maximum.
대기의 창 파장 범위에서의 적외선 방사가 실질적인 열방출에 의한 복사냉각을 달성하는데 핵심적인 역할을 수행한다. 파장 범위가 자외선, 가시광선 및 근적외선이 입사하는 태양광(태양으로부터 방사되는)을 100% 반사시키고 대기의 창 구간인 8㎛-13㎛ 영역대의 장파장 적외선을 외부로 100% 방사시킬 수 있다면, 300K의 주변 온도일 때 158W/m2의 냉각성능이 에너지 소모 없이 구현할 수 있다.Infrared radiation in the atmospheric window wavelength range plays a key role in achieving radiative cooling by substantial heat release. If the wavelength range reflects 100% of the incident sunlight (emitted from the sun), and can radiate 100% of long-wavelength infrared rays in the 8㎛-13㎛ region, which is the window section of the atmosphere, 300K when ambient temperature is the cooling performance of 158W / m 2 of this can be implemented with no energy consumption.
태양광의 95% 반사시키고, 8㎛-13㎛ 영역의 장파장 적외선을 90% 이상 외부로 방사시키면 주변 온도가 300K 일 때 낮에는 (즉, 태양에 의한 광흡수 존재) 100W/m2의 냉각성능을 그리고 태양에 의한 광흡수가 없는 밤에는 120W/m2의 냉각성능을 구현할 수 있다.If 95% of sunlight is reflected and 90% or more of long-wavelength infrared rays in the 8㎛-13㎛ area are radiated to the outside, the cooling performance of 100W/m 2 is achieved during the day (ie, there is light absorption by the sun) when the ambient temperature is 300K. And at night when there is no light absorption by the sun, a cooling performance of 120W/m 2 can be realized.
수동형 복사냉각 소재로 사용되기 위해서는 입사 태양광인 UV-vis-NIR 파장 범위의 빛에 대하여 높은 투과율을 갖거나 높은 반사율을 갖아 입사 태양광을 흡수하지 않아야 하며, 대기의 창 구간인 8㎛ 내지 13㎛ 영역대의 장파장 적외선에 대하여 높은 흡수(방사)율을 갖아야 하고, 이외에도 옥외(outdoor) 조건에서 높은 내구성을 갖아야 하고, 사용되는 물질이 값싸고 풍부하게 존재해야 하며, 값싸고 쉬운 공정으로 대면적에 성형이 가능하여야 한다.In order to be used as a passive radiation cooling material, it must have high transmittance or high reflectance to light in the UV-vis-NIR wavelength range, which is incident sunlight, and must not absorb incident sunlight. It must have high absorption (emissivity) for long-wavelength infrared rays in the region, and must have high durability in outdoor conditions. It should be possible to mold to
폴리머 소재의 경우 일반적으로 장파장 적외선에 대하여 높은 흡수율(방사율)을 갖으나 재료의 특성상 옥외에 방치 시 자외선 및 습기 등으로 쉽게 열화되어 수명이 짧다는 단점이 존재한다.Polymer materials generally have high absorption (emissivity) with respect to long-wavelength infrared rays, but due to the characteristics of the material, they are easily deteriorated by ultraviolet rays and moisture when left outdoors, resulting in a short lifespan.
또한, 두꺼운 폴리머 소재는 모든 적외선 파장대에 대해서 높은 방사율을 갖는 브로드밴드 에미터(Broadband emitter) 이기때문에 대기의 창(sky window)에서 방사율이 높은 선택형 에미터(Selective emitter) 보다 복사냉각 성능이 떨어질 수 있다.In addition, since the thick polymer material is a broadband emitter with high emissivity for all infrared wavelength bands, radiative cooling performance may be lower than that of a selective emitter with high emissivity in the sky window. .
무기물 소재 또는 세라믹 소재의 다층박막을 이용하는 경우 대기의 창 전체에서 방사율이 높게 하기 위해서는 적층 수가 많아야 하며 이로 인하여 태양광 흡수율이 높아져 고효율 복사 냉각 성능을 달성하기에는 어려움이 있다.In the case of using a multi-layer thin film made of an inorganic material or a ceramic material, the number of layers must be large in order to increase the emissivity in the entire window in the atmosphere, which increases the absorption of sunlight, making it difficult to achieve high-efficiency radiation cooling performance.
또한, 은 및 알루미늄 등 하부 금속 반사층을 포함하는 복사 냉각 소자는 은 및 알루미늄의 장기 안정성 문제(산화 문제)와 단가 문제로 인하여 복사냉각을 실생활에 적용하기에 어려움이 있으며 이러한 금속 소재들은 정반사를 주로 하기 때문에 눈의 피로와 빛 번짐을 유발할 수 있다.In addition, it is difficult to apply radiative cooling to real life due to long-term stability problems (oxidation problem) and cost problems of silver and aluminum in the radiation cooling device including a lower metal reflective layer such as silver and aluminum, and these metal materials mainly use specular reflection This can cause eye strain and light bleed.
기존 페인트의 물질은 높은 함량의 바인더를 포함하고, TiO2 나노 또는 마이크로 입자를 사용하기 때문에, TiO2의 상대적으로 낮은 밴드 갭 에너지로 인하여 UV-근가시광 영역의 태양광을 흡수하고, 고분자 바인더의 NIR 영역대 높은 소멸 계수로 인하여 NIR 영역대 흡수가 많다.The material of the existing paint contains a high content of binder and uses TiO 2 nano or micro particles. Due to the relatively low band gap energy of TiO 2 , it absorbs sunlight in the UV-near visible region, and Absorption in the NIR region is high due to the high extinction coefficient in the NIR region.
또한, 이러한 기존 페인트 물질들은 대기의 창 내에서 소멸계수가 높은 물질로 구성되지는 않기 때문에 대기의 창 내 방사율 및 각도 별 방사율이 높지 않은 문제가 있다.In addition, since these existing paint materials are not composed of a material having a high extinction coefficient in the window of the atmosphere, there is a problem that the emissivity in the window of the atmosphere and the emissivity by angle are not high.
예를 들어, 태양광이 내리쬐는 대낮에 빛을 잘 흡수하는 검은색 자동차의 내부 온도는 쉽게 상승하지만 빛을 흡수하지 않고 잘 반사시키는 흰색 자동차의 경우 온도 상승이 상대적으로 더디게 된다.For example, the inside temperature of a black car that absorbs light well in broad daylight rises easily, but the temperature rises relatively slowly in the case of a white car that reflects light well without absorbing it.
만약 자동차의 표면이 자외선, 가시광선 및 근적외선의 파장 범위의 빛을 모두 반사할 수 있다면 태양광의 복사에 의한 열에너지의 유입을 차단할 수 있다.If the surface of the car can reflect all light in the wavelength range of ultraviolet, visible, and near-infrared rays, it is possible to block the inflow of thermal energy due to solar radiation.
또한, 어떠한 물질이 색상을 띄게 되면, 그 물질은 가시광 대역에서 특정한 흡수(반사)치를 갖는다.In addition, when a material has a color, the material has a specific absorption (reflection) value in the visible light band.
예를 들어, 물질이 빨강색이라면 그 물질은 파장 650nm 부근에서 빛을 반사하여 빨간색을 내거나, 물질의 밴드갭 에너지가 파장 650nm 부근이어서 빛을 흡수하여 빨간색을 나타낼 수 있다.For example, if the material is red, the material may reflect light at a wavelength of 650 nm to emit red, or because the bandgap energy of the material is near a wavelength of 650 nm, it may absorb light to represent red.
색상 구현을 위해서는 가시광선 대역의 빛의 흡수가 필연적이기 때문에 이를 복사냉각 관점에서 보게 되면, 총 복사냉각 전력의 감소와 연결될 수 있다.Since absorption of light in the visible ray band is inevitable for color realization, when viewed from the perspective of radiative cooling, it can be linked to a reduction in total radiative cooling power.
하지만, 현재까지 대부분의 복사 냉각 소재 및 소자는 흰색 또는 은색이므로, 건축자재, 자동차, 선박 등 다양한 곳에 사용되는 복사 냉각 소재 및 소자는 소비자의 심미적 관점을 고려하지 못하고 있다.However, until now, most radiation cooling materials and devices are white or silver, so radiation cooling materials and devices used in various places such as building materials, automobiles, and ships do not take into account the aesthetic point of view of consumers.
따라서, 소비자의 심미적 관점을 고려하여 다양한 색상을 구현하면서 복사 냉각 성능이 우수한 복사 냉각 소재 및 소자가 개발될 필요성이 존재한다.Accordingly, there is a need to develop a radiation cooling material and device having excellent radiation cooling performance while implementing various colors in consideration of the aesthetic point of view of consumers.
본 발명은 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 색상 구현에 필요한 태양광 스펙트럼의 가시광선에 기반한 열유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서 복사 냉각을 수행하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention efficiently controls incident sunlight to minimize heat inflow based on visible light of the sunlight spectrum required for color realization, and performs radiative cooling while expressing various colors as infrared rays in the wavelength range of the atmospheric window are absorbed and emitted. An object of the present invention is to provide a color-type radiant cooling element.
본 발명은 파장전환 흡수 발광층을 통하여 입사하는 빛을 흡수 및 방출하여 파장전환 흡수 발광층을 형성하는 물질이 입사하는 빛에 대한 열의 일정 부분을 광자의 형태로 배출함에 따라 열의 유입을 최소화하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention absorbs and emits light incident through the wavelength conversion absorption light emitting layer, and the material forming the wavelength conversion absorption light emitting layer emits a portion of the heat for the incident light in the form of photons, thereby minimizing the inflow of heat. It aims to provide a cooling element.
본 발명은 입사태양광에 대하여 근적외선 영역의 높은 반사율을 갖고, 선명한 색상이 구현되며 형광체 입자를 이용하여 파장전환 흡수 및 방출을 통한 열 유입이 최소화되는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a color-type radiation cooling device that has high reflectance in the near-infrared region with respect to incident sunlight, has a vivid color, and minimizes heat inflow through wavelength conversion absorption and emission using phosphor particles. .
본 발명은 하부 복사냉각층이 근적외선을 반사하고, 중도부 색상 구현층이 높은 근적외선 반사를 유지하면서 색상을 구현하며, 상부에서 색상 구현층이 흡수할 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 자신이 먼저 흡수 및 재 방출하여 열 유입을 최소화하는 파장전환 흡수 방출층을 통해 선명한 색상을 구현하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, the lower radiation cooling layer reflects near-infrared rays, the color realization layer in the middle part realizes color while maintaining high near-infrared reflection, and the upper part absorbs the ultraviolet and visible light to be absorbed by the color realization layer first. And an object of the present invention is to provide a color-type radiation cooling device that realizes a vivid color through a wavelength conversion absorption emission layer that minimizes heat inflow by re-emitting.
본 발명은 사용자의 심미적 관점을 고려하여 선명한 색상을 구현할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a color-type radiation cooling device capable of realizing a vivid color in consideration of the user's aesthetic point of view.
본 발명은 태양광이 비치는 낮(day time)이나 태양광이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 복사 냉각 소자의 주변온도를 냉각시킴에 따라 건축, 자동차 등의 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 수행할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention cools the ambient temperature of a radiation cooling device without energy consumption even during day time when sunlight is shining or night time when sunlight is not shining. An object of the present invention is to provide a color-type radiation cooling device that can perform a cooling function without energy consumption.
본 발명은 색상형 복사 냉각 소자를 냉각 시스템에 적용하여 냉각 시스템의 에너지 효율성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve the energy efficiency of a cooling system by applying a color radiation cooling element to a cooling system.
본 발명은 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 기판 상에 복사 냉각층, 색상 구현층 및 파장전환 흡수 발광층을 순차적으로 형성하여 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a rigid or flexible color type radiation cooling device by sequentially forming a radiation cooling layer, a color realizing layer, and a wavelength conversion absorption light emitting layer on a rigid or flexible substrate aim to do
본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자는 입사 태양광의 근적외선을 반사하면서 상기 입사 태양광의 특정 가시광선을 흡수하여 적어도 하나의 색상을 구현하는 색상 구현층, 상기 색상 구현층 상에 위치하고, 상기 입사 태양광의 자외선과 상기 흡수된 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하는 발광체로 형성되어 상기 입사 태양광의 흡수에 따른 열 유입을 감소시키는 파장전환 흡수 발광층 및 상기 색상 구현층 아래에 위치하고, 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방출하고, 상기 근적외선을 반사함에 따라 상기 근적외선의 반사율을 증가시키는 복사 냉각층을 포함할 수 있다.A color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention is located on the color realization layer, which reflects the near-infrared rays of the incident sunlight and absorbs specific visible rays of the incident sunlight to realize at least one color, It is formed as a light emitting body that absorbs and emits the remaining visible light other than the ultraviolet of the incident sunlight and the absorbed specific visible light to reduce the heat inflow according to the absorption of the incident sunlight. , a radiation cooling layer that absorbs and emits long-wavelength infrared rays in a wavelength range corresponding to a sky window, and increases the reflectance of the near-infrared rays by reflecting the near-infrared rays.
상기 복사 냉각층은 단일 금속박막 구조, 다층 박막 구조, 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조, 고분자 공극 구조 및 바인더 고분자 구조 중 어느 하나의 구조로 형성될 수 있다.The radiation cooling layer may be formed in any one of a single metal thin film structure, a multilayer thin film structure, a particle dispersion structure in a polymer matrix, a polymer pore structure, and a binder polymer structure.
상기 단일 금속박막 구조는 금속 물질에 기반하여 상기 근적외선을 반사하는 금속 태양광 반사층을 포함하고, 상기 다층 박막 구조는 상기 금속 태양광 반사층 상에 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질 및 무기물 중 어느 하나의 물질 또는 적어도 하나의 물질이 혼합된 혼합 물질이 적어도 하나의 층으로 형성되며, 상기 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조는 상기 금속 태양광 반사층 상에 상기 고분자 물질에 기반한 고분자 매트릭스 내 상기 무기물의 나노 또는 마이크로 입자가 분산되어 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.The single metal thin film structure includes a metal solar reflective layer that reflects the near-infrared light based on a metal material, and the multi-layered thin-film structure includes any one of a polymer material and an inorganic material that absorbs and emits the long-wavelength infrared ray on the metal solar reflective layer One material or a mixed material in which at least one material is mixed is formed as at least one layer, and the particle dispersion structure in the polymer matrix is nano or inorganic material in the polymer matrix based on the polymer material on the metal solar reflective layer The micro particles may be dispersed and formed into at least one layer.
상기 고분자 공극 구조는 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질과 공극(air gap)을 포함하도록 형성되고, 상기 고분자 물질과 상기 공극(air gap) 간의 굴절률 차이에 기반하여 상기 입사 태양광을 산란 및 반사하여 상기 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성되며, 상기 바인더 고분자 구조는 상기 근적외선에 대하여 제1 굴절률을 갖고, 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 바인더 물질, 상기 근적외선에 대하여 제2 굴절률을 갖고, 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 및 상기 근적외선에 대하여 제3 굴절률을 갖는 공극(air gap) 간의 굴절률 차이에 기반하여 상기 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.The polymer pore structure is formed to include a polymer material that absorbs and emits the long-wavelength infrared light and an air gap, and scatters and scatters the incident sunlight based on a refractive index difference between the polymer material and the air gap It is formed of at least one layer that reflects and reflects the near-infrared rays, the binder polymer structure having a first refractive index with respect to the near-infrared rays, a binder material absorbing and emitting the long-wavelength infrared rays, and a second refractive index with respect to the near-infrared rays, , It may be formed of at least one layer that reflects the near-infrared rays based on the difference in refractive index between the inorganic nano or micro-particles that absorb and emit the long-wavelength infrared rays and an air gap having a third refractive index with respect to the near-infrared rays. .
상기 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함할 수 있다.The polymer material is DPHA (DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS (polydimethylsiloane), ETFE (Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA (poly urethane acrylate), PS (polystyrene), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), PC (polycarbonate) , PVDF (Polyvinylidene fluoride), PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene), and may include at least one polymer material of polyethylene oxide (Polyethylene oxide).
상기 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함할 수 있다.The inorganic material is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , c-BN, CaSO 4 , MgHPO 4 , ZrO 2 , BaSO 4 , CaCO 3 , AlN, AlPO 4 , Y 2 O 3 of It may include at least one inorganic substance.
상기 바인더 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 아크릭(Acrylic) 계 고분자, 폴리에스터(Polyester) 계 고분자 및 우레탄(ethance) 계 고분자 중 적어도 하나의 바인더 물질을 포함할 수 있다.The binder material is DPHA (DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS (polydimethylsiloane), ETFE (Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA (poly urethane acrylate), PS (polystyrene), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), PC (polycarbonate) , PVDF (Polyvinylidene fluoride), PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene), polyethylene oxide (Polyethylene oxide), acrylic (Acrylic)-based polymer, polyester (Polyester)-based polymer and urethane (ethance) may include at least one binder material of the polymer have.
상기 금속 물질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 백금(Pt), 리튬(Li) 및 나트륨(Na) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.The metal material is silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (cu), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), platinum (Pt), lithium It may include at least one metal material selected from (Li) and sodium (Na) or an alloy material in which at least two are combined.
상기 발광체는 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.The light-emitting body may be formed of any one of a perovskite material and a chalcogenide-based material.
상기 발광체는 상기 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질에 기반한 입자의 쉘(shell)에 무기물 및 고분자 물질 중 어느 하나의 물질이 코팅될 수 있다.In the light-emitting body, any one of inorganic materials and polymer materials may be coated on a shell of particles based on any one of the perovskite material and the chalcogenide-based material.
상기 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함하고, 상기 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함할 수 있다.The polymer material is DPHA (DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS (polydimethylsiloane), ETFE (Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA (poly urethane acrylate), PS (polystyrene), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), PC (polycarbonate) , PVDF (Polyvinylidene fluoride), PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene) and polyethylene oxide (Polyethylene oxide) containing at least one polymer material, the inorganic material is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , c -BN, CaSO 4, MgHPO 4, ZrO 2, BaSO 4, CaCO 3, AlN,
상기 파장전환 흡수 발광층은 상기 발광체에 기반하여 상기 구현된 적어도 하나의 색상과 유사한 색상을 발광함에 따라 상기 색상 구현층과 태양광 스펙트럼 내 흡수 구간이 중복될 수 있다.As the wavelength conversion absorption light emitting layer emits a color similar to the at least one color implemented based on the light emitting body, the color realization layer and an absorption section in the solar spectrum may overlap.
상기 복사 냉각층은 고분자 물질, 바인더 물질, 금속 물질, 무기물 및 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 중 적어도 하나 물질을 이용하여 형성되고, 상기 적어도 하나의 물질의 상기 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서 장파장 적외선에 대한 방사율이 상호 보완되도록 상기 적어도 하나의 물질이 조합됨에 따라 상기 장파장 적외선에 대한 방사율이 증가될 수 있다.The radiation cooling layer is formed using at least one of a polymer material, a binder material, a metal material, an inorganic material, and nano or micro particles of an inorganic material, and the wavelength corresponding to the sky window of the at least one material As the at least one material is combined so that the emissivity for the long-wavelength infrared ray is complementary to each other in the range, the emissivity for the long-wavelength infrared ray may be increased.
상기 색상 구현층, 상기 파장전환 흡수 발광층 및 상기 복사 냉각층은 드랍 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 블레이드 코팅(blade coating), 다잉(dyeing) 및 브러싱(brushing) 중 적어도 하나의 용액 공정을 통하여 다양한 표면 상에 코팅되어 형성될 수 있다.The color realization layer, the wavelength conversion absorption light emitting layer, and the radiation cooling layer may be formed by drop casting, spin coating, bar coating, spray coating, or blade coating. , it can be formed by coating on various surfaces through at least one solution process of dying (dyeing) and brushing (brushing).
상기 다양한 표면은 나무 표면, 유리 표면, 금속기판 표면, 플라스틱 표면 및 옷감 표면 중 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다.The various surfaces may include at least one of a wood surface, a glass surface, a metal substrate surface, a plastic surface, and a cloth surface.
본 발명은 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 색상 구현에 필요한 태양광 스펙트럼의 가시광선에 기반한 열유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서 복사 냉각을 수행하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention efficiently controls incident sunlight to minimize heat inflow based on visible light of the sunlight spectrum required for color realization, and performs radiative cooling while expressing various colors as infrared rays in the wavelength range of the atmospheric window are absorbed and emitted. It is possible to provide a color-type radiant cooling element.
본 발명은 파장전환 흡수 발광층을 통하여 입사하는 빛을 흡수 및 방출하여 파장전환 흡수 발광층을 형성하는 물질이 입사하는 빛에 대한 열의 일정 부분을 광자의 형태로 배출함에 따라 열의 유입을 최소화하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention absorbs and emits light incident through the wavelength conversion absorption light emitting layer, and the material forming the wavelength conversion absorption light emitting layer emits a portion of the heat for the incident light in the form of photons, thereby minimizing the inflow of heat. A cooling element may be provided.
본 발명은 입사태양광에 대하여 근적외선 영역의 높은 반사율을 갖고, 선명한 색상이 구현되며 형광체 입자를 이용하여 파장전환 흡수 및 방출을 통한 열 유입이 최소화되는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a color-type radiation cooling device that has high reflectance in the near-infrared region with respect to incident sunlight, has a vivid color, and minimizes heat inflow through wavelength conversion absorption and emission using phosphor particles.
본 발명은 하부 복사냉각층이 근적외선을 반사하고, 중도부 색상 구현층이 높은 근적외선 반사를 유지하면서 색상을 구현하며, 상부에서 색상 구현층이 흡수할 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 자신이 먼저 흡수 및 재 방출하여 열 유입을 최소화하는 파장전환 흡수 방출층을 통해 선명한 색상을 구현하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.In the present invention, the lower radiation cooling layer reflects near-infrared rays, the color realization layer in the middle part realizes color while maintaining high near-infrared reflection, and the upper part absorbs the ultraviolet and visible light to be absorbed by the color realization layer first. And it is possible to provide a color-type radiation cooling device that realizes a vivid color through a wavelength conversion absorption and emission layer that minimizes heat inflow by re-emitting.
본 발명은 사용자의 심미적 관점을 고려하여 선명한 색상을 구현할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a color-type radiation cooling device capable of realizing a vivid color in consideration of the user's aesthetic point of view.
본 발명은 태양광이 비치는 낮(day time)이나 태양광이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 복사 냉각 소자의 주변온도를 냉각시킴에 따라 건축, 자동차 등의 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 수행할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention cools the ambient temperature of a radiation cooling device without energy consumption even during day time when sunlight is shining or night time when sunlight is not shining. It is possible to provide a color-type radiation cooling device that can perform a cooling function without energy consumption.
본 발명은 색상형 복사 냉각 소자를 냉각 시스템에 적용하여 냉각 시스템의 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve the energy efficiency of a cooling system by applying a color radiant cooling element to the cooling system.
본 발명은 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 기판 상에 복사 냉각층, 색상 구현층 및 파장전환 흡수 발광층을 순차적으로 형성하여 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention provides a rigid or flexible color type radiation cooling device by sequentially forming a radiation cooling layer, a color realizing layer, and a wavelength conversion absorption light emitting layer on a rigid or flexible substrate can do.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자를 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층과 관련하여 파장 별 소멸계수를 굴절률로 나눈 비율과 관련된 광특성을 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층과 관련된 다양한 이미지를 설명하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층와 관련하여 광특성과 대기의 창 내 각도별 평균 방사율을 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질의 광 특성을 설명하는 도면이다.
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질의 색상 구현 특성을 설명하는 도면이다.
도 7a는 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 구현 이미지와 색상형 복사 냉각 소자의 광특성을 설명하는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경과 실험 환경에서 측정된 복사 냉각 성능을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
2A to 2E are views for explaining a radiation cooling layer of a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining optical characteristics related to a ratio obtained by dividing an extinction coefficient for each wavelength by a refractive index in relation to a radiation cooling layer of a color radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
4A to 4C are views for explaining various images related to the radiation cooling layer of the color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams for explaining optical characteristics and average emissivity for each angle within a window of the atmosphere in relation to a radiation cooling layer of a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are views for explaining optical characteristics of a material forming a wavelength conversion absorption light emitting layer of a color radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
6C is a view for explaining the color realization characteristics of the material forming the wavelength conversion absorption light emitting layer of the color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
7A to 7C are views for explaining an implementation image of a color-type radiation cooling device and optical characteristics of a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
8A and 8B are diagrams illustrating an experimental environment using a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention and radiative cooling performance measured in the experimental environment.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, but it should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutions of the embodiments.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to various embodiments may unnecessarily obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in various embodiments, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like components.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B” or “at least one of A and/or B” may include all possible combinations of items listed together.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," can modify the corresponding elements regardless of order or importance, and to distinguish one element from another element. It is used only and does not limit the corresponding components.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When an (eg, first) component is referred to as being “connected (functionally or communicatively)” or “connected” to another (eg, second) component, that component is It may be directly connected to the component or may be connected through another component (eg, a third component).
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.As used herein, "configured to (or configured to)" according to the context, for example, hardware or software "suitable for," "having the ability to," "modified to ," "made to," "capable of," or "designed to" may be used interchangeably.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some circumstances, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” with other devices or parts.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "a processor configured (or configured to perform) A, B, and C" refers to a dedicated processor (eg, an embedded processor) for performing the corresponding operations, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may refer to a general-purpose processor (eg, a CPU or an application processor) capable of performing corresponding operations.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless stated otherwise or clear from context, the expression 'x employs a or b' means any one of natural inclusive permutations.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Terms such as '.. unit' and '.. group' used below mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 구성 요소를 설명한다.1 illustrates the components of a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자(100)는 복사 냉각층(110), 색상 구현층(120) 및 파장전환 흡수 발광층(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the color
일례로, 색상형 복사 냉각 소자(100)는 입사 태양광에 대하여 근적외선 영역의 빛에 대하여 높은 반사율을 갖고, 선명한 색상이 구현되며 형광체 입자를 통해 열 유입이 최소화될 수 있다.For example, the color-type
예를 들어, 색상형 복사 냉각 소자(100)는 하부에 복사냉각층(110), 중도부에 색상 구현층(120), 상부에 파장전환 흡수 발광층(130)으로 구성된다.For example, the color-type
본 발명의 일실시예에 따르면 복사냉각층(110)은 근적외선 반사를 수행하며, 색상 구현층(120)은 높은 근적외선 반사를 유지시키되 선명한 색상구현을 수행한다.According to an embodiment of the present invention, the
또한, 색상구현층(120)과 비슷한 색상을 갖는 파장전환 흡수 방출층(130)은 색상 구현층(120)보다 상부에 위치함에 따라 색상 구현층(120)이 흡수할 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 먼저 흡수하고 재방출을 통하여 열 유입을 최소화한다.In addition, as the wavelength conversion absorbing and emitting
또한, 파장전환 흡수 방출층(130)은 색상구현은 큰 비중을 차지하고 있지않아 색상 구현층(120)의 선명한 컬러를 구현을 지원할 수 있다.In addition, since the wavelength conversion absorption and
즉, 색상형 복사 냉각 소자(100)는 입사 태양광에 포함된 자외선, 가시광선 및 근적외선에 대하여 높은 반사율을 갖는 복사 냉각 소자로서, 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 색상 구현에 필요한 태양광 스펙트럼의 가시광선에 기반한 열유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서도 복사 냉각을 수행할 수 있다.That is, the color-type
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(110)은 색상 구현층(120) 아래에 위치하고, 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방출하고, 근적외선을 반사함에 따라 근적외선의 반사율을 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
즉, 복사 냉각층(110)은 색상 구현층(120) 하부에서 색상 구현층(120)이 반사하지 못한 입사 태양광의 근적외선을 반사한다.That is, the
예를 들어, 복사 냉각층(110)은 근적외선을 거울처럼 정 반사하거나, 굴절률 차이로 인해 난반사를 함에 따라 입사 태양광의 근적외선의 반사율을 증가시킬 수 있다.For example, the
일례로, 복사 냉각층(110)은 금속 물질에 기반하여 근적외선을 반사하거나 고분자 물질, 바인더 물질, 무기물의 나노 또는 마이크로입자 및 공극(air gap)의 굴절률 차이에 기반하여 근적외선을 산란 및 반사할 수 있다.As an example, the
예를 들어, 굴절률 차이가 증가하면 근적외선에 대한 반사율도 증가될 수 있다.For example, as the refractive index difference increases, the reflectance for near-infrared rays may also increase.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(110)은 단일 금속박막 구조, 다층 박막 구조, 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조, 고분자 공극 구조 및 바인더 고분자 구조 중 어느 하나의 구조로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
여기서, 복사 냉각층(110)의 형성 구조는 도 2a 내지 도 2e를 이용하여 보충 설명한다.Here, the formation structure of the
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(110)은 고분자 물질, 바인더 물질, 금속 물질, 무기물 및 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 중 적어도 하나 물질을 이용하여 형성되고, 적어도 하나의 물질의 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서 장파장 적외선에 대한 방사율이 상호 보완되도록 적어도 하나의 물질이 조합됨에 따라 장파장 적외선에 대한 방사율이 증가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
일례로, 복사 냉각층(110)은 나노 또는 마이크로 입자 및 고분자 물질이 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 적어도 하나의 소멸계수 피크가 존재하여 대기의 창 내 방사율이 높도록 조합된다.For example, in the
즉, 복사 냉각층(110)의 형성 물질은 대기의 창에 해당하는 파장 범위 내 각 파장 마다 높은 방사율을 가지는 물질들이 조합됨에 따라 대기의 창에 해당하는 파장 범위 내에서 모두 높은 방사율을 제공할 수 있다.That is, the material forming the
예를 들어, 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함할 수 있다.For example, the polymer material is DPHA (DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS (polydimethylsiloane), ETFE (Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA (poly urethane acrylate), PS (polystyrene), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), PC (polycarbonate), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene), and may include at least one polymer material of polyethylene oxide (Polyethylene oxide).
일례로, 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함할 수 있다.For example, the inorganic material is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , c-BN, CaSO 4 , MgHPO 4 , ZrO 2 , BaSO 4 , CaCO 3 , AlN, AlPO 4 , Y 2 O It may include at least one inorganic substance among 3.
한편, 바인더 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 아크릭(Acrylic) 계 고분자, 폴리에스터(Polyester) 계 고분자 및 우레탄(ethance) 계 고분자 중 적어도 하나의 바인더 물질을 포함할 수 있다.Meanwhile, the binder material is DPHA (DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS (polydimethylsiloane), ETFE (Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA (poly urethane acrylate), PS (polystyrene), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), PC (polycarbonate) ), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene), polyethylene oxide (Polyethylene oxide), acrylic (Acrylic)-based polymer, polyester (Polyester)-based polymer and urethane (ethance) containing at least one binder material of the polymer can
본 발명의 일실시예에 따르면 색상 구현층(120)은 입사 태양광의 근적외선을 반사하면서 입사 태양광의 특정 가시광선을 흡수하여 적어도 하나의 색상을 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
즉, 색상 구현층(120)은 파장전환 흡수 발광층(130)에서 흡수되지 않은 특정 가시광선 만을 흡수하여 특정 가시광선과 색상 구현층(120)을 형성하는 물질에 따른 색상을 구현할 수 있다.That is, the
예를 들어, 색상 구현층(120)은 다양한 색상을 구현하기 위해 상용화 컬러페인트도 이용될 수 있다.For example, commercial color paint may be used for the
또한, 색상 구현층(120)은 색상을 가진 물질을 물, 에탄올, 아세톤, PGMEA, PGME, Ethyl acetate, MEK, NMP에 용해 혹은 분산시켜 용액을 제조한 뒤, 용액 공정을 통해 복사 냉각층(110) 상에 형성될 수 있다.In addition, the
다시 말해, 색상 구현층(120)은 파장전환 흡수 발광층(130)에서 자외선 및 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수함에 따라 자외선을 흡수하지 않고, 색상을 구현하기 위한 가시광선에 해당하는 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수하지 않음에 따라 열 유입을 최소화할 수 있다.In other words, the
본 발명의 일실시예에 따르면 파장전환 흡수 발광층(130) 색상 구현층(120) 상에 위치하고, 입사 태양광의 자외선과 흡수된 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하는 발광체로 형성되어 입사 태양광의 흡수에 따른 열 유입을 감소시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the wavelength conversion absorption
일례로, 발광체는 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.For example, the light-emitting body may be formed of any one of a perovskite material and a chalcogenide-based material.
예를 들어, 페로브스카이트(perovskite) 물질은 화학식 ABX3을 갖으며, A는 Cs, Sn, Bi 및 메틸 암모늄(Methyl Ammonium) 중 어느 하나를 포함하고, B는 Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti 및 Zn 중 어느 하나의 금속 물질을 포함하며, X는 Cl, Br 및 I 중 어느 하나를 포함하고,For example, the perovskite material has the formula ABX 3 , A includes any one of Cs, Sn, Bi, and methyl ammonium (Methyl Ammonium), and B is Fe, Co, Ni, Cu , Sn, Pb, Bi, Ge, containing any one of Ti and Zn metal material, X contains any one of Cl, Br, and I,
캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질은 칼코겐 화합물로 지칭될 수 있다.The chalcogenide-based material may be referred to as a chalcogenide compound.
칼코겐(chalcogen)은 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te)의 16족의 비금속 원소를 의미하며, 이들은 알카리 토금속과 1:1의 화합물을 만들 수 있으며, 전이금속과도 반응하여 최소한 하나의 칼코겐 원소와 하나 이상의 양전성 원소로 구성된 전이금속-칼코게나이드를 제공할 수 있다.Chalcogen means oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te) group 16 non-metal elements, which can make a 1:1 compound with alkaline earth metals, It can also react with the transition metal to provide a transition metal-chalcogenide composed of at least one chalcogen element and one or more positively charged elements.
이러한 전이금속-칼코게나이드 중에 전이금속으로서 몰리브덴이 칼코겐과 결합된 몰리브덴 칼코게나이드는 몰리브덴과 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te)의 결합에 의해 얻어지는 화합물로서, 상세하게는 MoS2, MoSe2, MoTe2가 대표적인 화합물이다.Among these transition metal-chalcogenides, molybdenum chalcogenide in which molybdenum as a transition metal is combined with chalcogen is a compound obtained by combining molybdenum with sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te), in detail MoS 2 , MoSe 2 , and MoTe 2 are representative compounds.
아연 칼코겐화물은, 아연 금속과 칼코겐 원소 (예컨대, 셀레늄, 텔루리움, 황, 또는 이들의 조합)를 포함하는 화합물로서, 아연 칼코겐화물은, ZnSe, ZnTeSe, ZnSeS, ZnS, ZnSTe, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.A zinc chalcogenide is a compound comprising zinc metal and a chalcogen element (eg, selenium, tellurium, sulfur, or a combination thereof), wherein the zinc chalcogenide is ZnSe, ZnTeSe, ZnSeS, ZnS, ZnSTe, or combinations thereof may be included.
금속 칼코겐 화합물은 MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, WTe2, MoTe2, SnS2, SnSe2, ZrS2, ZrSe2, HfS2, HfSe2, NbSe2, ReSe2, BeS, MgS, CaS, SrS, BaS, NiS, ZnS, CdS, InS, BeSe, MgSe, CaSe, SrSe, BaSe, NiSe, ZnSe, CdSe, InSe, BeTe, MgTe, CaTe, SrTe, BaTe, NiTe, ZnTe, CdTe, 및 InTe 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Metal chalcogen compounds are MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, WTe2, MoTe 2 , SnS 2 , SnSe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , ReSe 2 , BeS, MgS, CaS, SrS, At least one of BaS, NiS, ZnS, CdS, InS, BeSe, MgSe, CaSe, SrSe, BaSe, NiSe, ZnSe, CdSe, InSe, BeTe, MgTe, CaTe, SrTe, BaTe, NiTe, ZnTe, CdTe, and InTe may include
예를 들어, 파장전환 흡수 발광은 어떤 물질이 자신이 밴드갭 에너지 이상의 높은 에너지를 가진 빛을 흡수하여 전자가 가전자대에서 전도띠로 천이하게 되고, 이러한 전자가 전자의 파동 벡터의 변화로 인하여 전도띠를 이동한 후 전도띠에 존재하는 전자가 가전자대의 정공과 만나 방사 재결합을 통하여 가전자대와 전도띠의 에너지차이만큼의 빛이 빠져나오는 다운 컨버젼(conversion) 현상을 포함한다.For example, in wavelength conversion absorption light emission, a material absorbs light with energy higher than the bandgap energy, and electrons are transferred from the valence band to the conduction band, and these electrons are transferred to the conduction band due to the change in the wave vector This includes a down-conversion phenomenon in which electrons present in the conduction band meet with holes in the valence band after moving through the valence band, and light equal to the energy difference between the valence band and conduction band escapes through radiative recombination.
또한, 파장전환 흡수 발광은 특이한 전자(오비탈)구조로부터 유발되며 물질 내부에 축퇴된 에너지 상태가 많이 존재하는 물질의 경우, 적은 에너지의 흡수를 통하여 전자가 가전자대로부터 축퇴된 에너지 상태로 전자가 천이하게 되고, 추가적인 빛의 흡수를 통하여 전자가 다시 높은 에너지를 가진 축퇴된 에너지 상태로 천이하게 된다.In addition, wavelength conversion absorption light emission is caused by a specific electron (orbital) structure, and in the case of a material having a large amount of degenerate energy state inside the material, the electron transitions from the valence band to the degenerate energy state through absorption of a small amount of energy. The electrons transition back to a degenerate energy state with high energy through additional light absorption.
이러한 반복적인 과정을 따라 높은 에너지를 가지게 되는 전자는, 투여된 빛이 가진 에너지보다 높은 에너지 상태를 가지게 되며, 가전자대의 정공과 만나 방사 재결합을 통하여 투여된 빛의 에너지보다 더 높은 에너지를 갖는 빛을 방출하는 업 컨버젼(conversion) 현상을 포함한다.The electrons that have high energy following this repetitive process have a higher energy than the energy of the injected light. Including an up-conversion phenomenon that emits
따라서, 본 발명은 파장전환 흡수 발광층을 통하여 입사하는 빛을 흡수 및 방출하여 파장전환 흡수 발광층을 형성하는 물질이 입사하는 빛에 대한 열의 일정 부분을 광자의 형태로 배출함에 따라 열의 유입을 최소화하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention absorbs and emits light incident through the wavelength conversion absorption light emitting layer to minimize the inflow of heat as a material forming the wavelength conversion absorption light emitting layer emits a portion of the heat for the incident light in the form of photons. A type radiant cooling element may be provided.
본 발명의 일실시예에 따른 발광체는 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질에 기반한 입자의 쉘(shell)에 무기물 및 고분자 물질 중 어느 하나의 물질이 코팅될 수 있다.The light-emitting body according to an embodiment of the present invention is a material of any one of inorganic materials and polymer materials in a shell of particles based on any one of a perovskite material and a chalcogenide-based material. This can be coated.
일례로, 파장전환 흡수 발광층(130)은 발광체에 기반하여 색상 구현층(120)에 의해 구현된 적어도 하나의 색상과 유사한 색상을 발광함에 따라 색상 구현층(120)과 태양광 스펙트럼 내 흡수 구간이 중복될 수 있다.As an example, the wavelength conversion absorption
즉, 파장전환 흡수 발광층(130)은 특정 가시광선과 나머지 가시광선을 모두 흡수하지만, 특정 가시광선만을 색상 구현층(120)으로 보내고, 나머지 가시광선을 방출함에 따라 열 유입을 최소화한다.That is, the wavelength conversion absorption
예를 들어, 파장전환 흡수 발광층(130)은 페로브스카이트 물질, 캘코지나이드 물질 및 상용화 형광체 중 어느 하나의 분말이 물, 에탄올, 아세톤, PGMEA, PGME, Ethyl acetate, MEK 및 NMP에 용해 혹은 분산시켜 용액을 제조한 뒤, 용액 공정을 통해 색상 구현층(120) 상에 형성될 수 있다.For example, in the wavelength conversion absorption
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(110), 색상 구현층(120) 및 파장전환 흡수 발광층(130)은 드랍 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 블레이드 코팅(blade coating), 다잉(dyeing) 및 브러싱(brushing) 중 적어도 하나의 용액 공정을 통하여 다양한 표면 상에 코팅되어 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
예를 들어, 다양한 표면은 나무 표면, 유리 표면, 금속기판 표면, 플라스틱 표면 및 옷감 표면 중 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다.For example, the various surfaces may include at least one of a wood surface, a glass surface, a metal substrate surface, a plastic surface, and a cloth surface.
즉, 색상형 복사 냉각 소자(100)는 나무, 플라스틱, 금속 등 다양한 표면 상에 형성될 수 있고, 다양한 표면은 휘어서 곡면을 가지거나 패터닝된 구조를 가질 수 있다.That is, the color
따라서, 본 발명은 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 기판 상에 복사 냉각층, 색상 구현층 및 파장전환 흡수 발광층을 순차적으로 형성하여 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.Accordingly, the present invention provides a rigid or flexible color radiation cooling device by sequentially forming a radiation cooling layer, a color realizing layer, and a wavelength conversion absorption light emitting layer on a rigid or flexible substrate. can provide
색상형 복사 냉각 소자(100)가 구현하는 색상의 약 90%는 색상 구현층(120)이 담당하고, 파장전환 흡수 발광층(130)은 약 10%를 함께 구현할 수 있다.About 90% of the color implemented by the color
한편, 복사 냉각층(110), 색상 구현층(120) 및 파장전환 흡수 발광층(130)을 형성하는 용액공정이 가능한 물질의 경우 물질의 수명 연장 혹은 물성 개선을 위한 첨가제도 활용될 수 있다.On the other hand, in the case of a material capable of a solution process for forming the
따라서, 본 발명은 하부 복사냉각층이 근적외선을 반사하고, 중도부 색상 구현층이 높은 근적외선 반사를 유지하면서 색상을 구현하며, 상부에서 색상 구현층이 흡수할 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 자신이 먼저 흡수 및 재 방출하여 열 유입을 최소화하는 파장전환 흡수 방출층을 통해 선명한 색상을 구현하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.Therefore, in the present invention, the lower radiation cooling layer reflects near-infrared rays, the color realization layer in the middle part realizes color while maintaining high near-infrared reflection, and the color realization layer absorbs the light in the ultraviolet and visible region from the upper part. First, it is possible to provide a color-type radiation cooling device that realizes a vivid color through a wavelength conversion absorption-emitting layer that minimizes heat inflow by absorbing and re-emitting it.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층을 설명하는 도면이다.2A to 2E are views for explaining a radiation cooling layer of a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층이 단일 금속박막 구조로 형성된 구조를 예시한다.2A illustrates a structure in which a radiation cooling layer of a color radiation cooling device according to an embodiment of the present invention is formed in a single metal thin film structure.
도 2a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(200)은 금속 물질에 기반하여 근적외선을 반사하는 금속 태양광 반사층으로 형성된다. 즉, 복사 냉각층(200)은 금속 태양광 반사층을 포함한다.Referring to FIG. 2A , the
일례로, 금속 물질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 백금(Pt), 리튬(Li) 및 나트륨(Na) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.For example, the metal material is silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (cu), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), platinum (Pt) , at least one metal material selected from lithium (Li) and sodium (Na), or may include any one material of an alloy material in which at least two are combined.
다시 말해, 복사 냉각층(200)은 금속 물질에 기반하여 입사 태양광의 근적외선을 정반사함에 따라 색상 구현층에서 반사되지 않은 근적외선을 추가적으로 반사하여 근적외선에 대한 반사율을 증진시키는 효과를 제공한다.In other words, the
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(210)이 다층 박막 구조로 형성된 경우를 예시한다.2B illustrates a case in which the
도 2b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(210)은 금속 태양광 반사층(211) 상에 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질 및 무기물 중 어느 하나의 물질 또는 적어도 하나의 물질이 혼합된 혼합 물질이 적어도 하나의 층으로 형성된다. 여기서, 적어도 하나의 층은 선택적 방사층(212)으로 지칭할 수 있다.Referring to FIG. 2B , the
구체적으로, 복사 냉각층(210)은 금속 물질로 형성되는 태양광 반사층(211)이 하부에 배치되고, 대기의 창에서 높은 방사율을 가지는 무기물과 고분자 물질이 하나 이상 선택되고, 선택된 하나 이상의 물질이 적어도 하나의 층으로 증착 또는 코팅되어 형성된다.Specifically, the
도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(220)이 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조로 형성된 경우를 예시한다.2C illustrates a case in which the
도 2c를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(220)은 금속 태양광 반사층(221) 상에 고분자 물질에 기반한 고분자 매트릭스(222) 내 무기물의 나노 또는 마이크로 입자(223)가 분산되어 적어도 하나의 층으로 형성된다. 여기서, 적어도 하나의 층은 선택적 방사층으로 지칭할 수 있다.Referring to FIG. 2C , in the
구체적으로, 복사 냉각층(220)은 금속 물질로 형성되는 태양광 반사층(221)이 하부에 배치되고, 태양광 반사층(221) 상에 대기의 창에서 높은 방사율을 가지는 고분자 매트릭스(222) 내에 무기물의 나노 또는 마이크로 입자(223)가 혼입 및 분산되어 선택적 방사층이 형성될 수 있다.Specifically, the
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(200), 복사 냉각층(210) 및 복사 냉각층(220)는 금속 물질에 기반하여 거울처럼 정반사를 통해 태양광 반사를 높이는 구조로 볼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(230)이 고분자 공극 구조로 형성된 경우를 예시한다.2D illustrates a case in which the
도 2d를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(230)은 금속 물질로 형성되는 태양광 반사층(231) 상에 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질(232)과 공극(233)을 포함하도록 선택적 방사층이 형성된다. 여기서, 태양광 반사층(231)은 선택적으로 제외될 수 있다.Referring to FIG. 2D , the
즉, 복사 냉각층(230)은 선택적 방사층에서 태양광 반사층(231)의 근적외선 반사 역할을 제공할 수 있다.That is, the
다만, 태양광 반사층(231)이 존재할 경우, 근적외선에 대한 반사율은 증가될 수 있다.However, when the sunlight
본 발명의 일실시예에 따른 선택적 방사층은 고분자 물질(232)과 공극(233) 간의 굴절률 차이에 기반하여 입사 태양광을 산란 및 반사하여 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.The selective emission layer according to an embodiment of the present invention may be formed of at least one layer that reflects near-infrared rays by scattering and reflecting incident sunlight based on a difference in refractive index between the
도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(240)이 바인더 고분자 구조로 형성된 경우를 예시한다.2E illustrates a case in which the
도 2e를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(240)은 금속 물질로 형성되는 태양광 반사층(241) 상에 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 바인더 물질(242), 무기물의 나노 또는 마이크로 입자(243) 및 공극(243)을 포함하도록 선택적 방사층이 형성된다. 여기서, 태양광 반사층(231)은 선택적으로 제외될 수 있다.Referring to FIG. 2E , the
즉, 복사 냉각층(240)은 선택적 방사층에서 태양광 반사층(241)의 근적외선 반사 역할을 제공할 수 있다.That is, the
다만, 태양광 반사층(241)이 존재할 경우, 근적외선에 대한 반사율은 증가될 수 있다.However, when the sunlight
본 발명의 일실시예에 따른 선택적 방사층은 근적외선에 대하여 제1 굴절률을 갖고, 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 바인더 물질(242), 근적외선에 대하여 제2 굴절률을 갖고, 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 무기물의 나노 또는 마이크로 입자(243) 및 근적외선에 대하여 제3 굴절률을 갖는 공극(244) 간의 굴절률 차이에 기반하여 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.The selective emission layer according to an embodiment of the present invention has a first refractive index with respect to near-infrared rays, a
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(230) 및 복사 냉각층(240)는 굴절률 차이로 인하여 효율적인 난반사를 통해 태양광 반사를 높이는 구조로 볼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층과 관련하여 파장 별 소멸계수를 굴절률로 나눈 비율과 관련된 광특성을 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining optical characteristics related to a ratio obtained by dividing an extinction coefficient for each wavelength by a refractive index in relation to a radiation cooling layer of a color radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층을 형성하는 나노 또는 마이크로 입자가 Al2O3 및 SiO2로 형성된 경우에 복사 냉각층의 각 파장대에서의 소멸계수를 굴절률로 나눈 비를 예시한다. 3 illustrates a ratio obtained by dividing the extinction coefficient in each wavelength band of the radiation cooling layer by the refractive index when the nano or micro particles forming the radiation cooling layer according to an embodiment of the present invention are formed of Al 2 O 3 and SiO 2 do.
도 3의 그래프(300)를 참고하면, 그래프(300)는 파장(wavelength) 별 비(k/n)를 나타내고, 제1 지시선(301)은 Al2O3을 나타내고, 제2 지시선(302)은 SiO2를 나타낼 수 있다.Referring to the
그래프(300)의 제1 지시선(301) 및 제2 지시선(302) 상의 지점(303)은 상호보완 방출 속성(Complementary emission Properties)을 나타낼 수 있다.A
제1 지시선(301)은 12 ㎛이후, 제2 지시선(302)은 8㎛ 내지 10㎛에서 높기 때문에 제1 지시선(301)은 12㎛ 이후를 방사하고, 제2 지시선(302)은 8㎛ 내지 10㎛에서 방사 특성을 나타낼 수 있다.Since the
따라서, Al2O3와 SiO2를 섞으면 이러한 방사특성이 중첩되어 대기의 창 영역에서 높은 방사율을 가질 수 있다.Therefore, when Al 2 O 3 and SiO 2 are mixed, these radiation characteristics are overlapped, and thus a high emissivity can be obtained in the window region of the atmosphere.
상술한 방사 특성은 하기 [수학식 1]에 기반하여 도출될 수 있다.The above-described radiation characteristics may be derived based on the following [Equation 1].
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 1]에서 R은 반사율을 나타낼 수 있고, n0은 공기의 굴절률을 나타낼 수 있으며, n1는 매체의 굴절률을 나타낼 수 있고, k는 재료의 흡광 계수를 나타낼 수 있다.In [Equation 1], R may represent reflectance, n 0 may represent the refractive index of air, n 1 may represent the refractive index of the medium, and k may represent the extinction coefficient of the material.
나노 또는 마이크로 입자의 경우도 박막의 파장 별 굴절률과 소멸계수에 대해 비슷한 경향성을 가지므로 조성과 입도가 최적화된 이들 소재의 혼합물은 결과적으로 대기의 창 전 구간에서 높은 방사율을 갖게 할 수 있다.Nano or micro particles also have similar trends in the refractive index and extinction coefficient for each wavelength of the thin film, so a mixture of these materials with optimized composition and particle size can result in high emissivity in the entire window of the atmosphere.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자는 대기의 창 전 구간에서 높은 방사율을 갖을 수 있다.Accordingly, the radiation cooling device according to an embodiment of the present invention may have a high emissivity in the entire window of the atmosphere.
예를 들어, 전체 대기 투명도 창에서 방사율 또한 블레이드 코팅 및 드롭 캐스팅과 같은 간단한 코팅 공정과 재료가 풍부하여 제조 및 재료 비용이 경제적일 수 있다.For example, the emissivity in the overall atmospheric transparency window can also be economical in manufacturing and material costs due to the abundance of materials and simple coating processes such as blade coating and drop casting.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층과 관련된 다양한 이미지를 설명하는 도면이다.4A to 4C are views for explaining various images related to the radiation cooling layer of the color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층의 평면에 대한 주사 현미경 이미지를 예시하고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층의 단층면에 대한 주사 현미경 이미지를 예시한다.4A illustrates a scanning microscope image of a plane of a radiation cooling layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B illustrates a scanning microscope image of a tomographic plane of a radiation cooling layer according to an embodiment of the present invention.
도 4c는 확산 반사율이 높은 무광택 흰색 외관으로 형성된 복사 냉각층의 이미지를 예시한다.4C illustrates an image of a radiative cooling layer formed with a matte white appearance with high diffuse reflectivity.
도 4a의 이미지(400)와 도 4b의 이미지(410)를 참고하면, Al2O3 입자 및 SiO2 입자는 입자 사이 사이에 바인더 물질로 사용된 UV 경화 DPHA 결합제의 지지체와 함께 잘 결합되어 있음을 확인할 수 있다.Referring to image 400 of FIG. 4A and
도 4c의 이미지(420)를 참고하면, 무광택 흰색은 태양 광 플럭스의 효율적인 반사와 금속 거울 층을 포함하는 PDRC(passive daytime radiative cooling) 구조의 경우에 비해 눈의 피로를 줄이는 데 중요함을 확인할 수 있다.Referring to the
이미지(420)는 거울과 같은 은색 표면이 아닌 매트한 흰색을 띄는 것을 알 수 있다.It can be seen that the
이미지(420)는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층에 사용되는 페인트 물질이 도막 형성된 이미지를 나타낼 수 있다.The
도 4a의 이미지(400)와 도 4b의 이미지(410)에서 복사 냉각층은 Al2O3 및 SiO2 비율이 1:1인 경우에, Al2O3 및 SiO2의 혼합물과 바인더의 비율이 2:1인 페인트를 이용하여 형성된 페인트 도막층일 수 있다.In the
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자는 하부층을 이루는 복사 냉각층이 복사 냉각 페인트가 도포되어 형성된 페인트 도막층으로 형성될 수 있다.That is, in the color radiation cooling device according to an embodiment of the present invention, the radiation cooling layer constituting the lower layer may be formed of a paint film layer formed by applying the radiation cooling paint.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층와 관련하여 광특성과 대기의 창 내 각도별 평균 방사율을 설명하는 도면이다.5A and 5B are diagrams for explaining optical characteristics and average emissivity for each angle within a window of the atmosphere in relation to a radiation cooling layer of a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 5a는 종래 기술에 따른 하얀색 페인트와 본 발명의 일실시예에 따른 페인트의 복사 냉각 성능과 관련된 광특성을 비교한다.5A compares optical properties related to radiative cooling performance of a white paint according to the prior art and a paint according to an embodiment of the present invention.
도 5a의 그래프(500)를 참고하면 종래 기술에 따른 하얀색 페인트는 제1 지시선(501)에 해당하고, 본 발명의 일실시예에 따른 페인트를 이용한 복사 냉각층은 제2 지시선(502)에 해당된다.Referring to the
도 5b는 종래 기술에 따른 하얀색 페인트와 본 발명의 일실시예에 따른 페인트의 대기의 창 내 각도 별 평균 방사율을 비교한다.5B compares the average emissivity of the white paint according to the prior art and the paint according to an embodiment of the present invention for each angle in the window of the atmosphere.
도 5b의 그래프(510)를 참고하면, 종래 기술에 따른 하얀색 페인트는 지시점(511)에 해당하고, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층을 형성하는 페인트는 지시점(512)에 해당된다.Referring to the
본 발명의 일실시예에 따른 페인트와 흰색 페인트와의 광특성을 비교할 때 높은 밴드갭 에너지 및 빛의 산란으로 UV-근가시광 영역, NIR 영역에서 본 발명의 일실시예에 따른 페인트가 종래의 흰 페인트보다 더 태양빛 흡수가 적다.When comparing the optical properties of the paint according to the embodiment of the present invention and the white paint, the paint according to the embodiment of the present invention exhibited high bandgap energy and light scattering in the UV-near visible light region and the NIR region due to high bandgap energy and light scattering. It absorbs less sunlight than paint.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 페인트의 평균 대기의 창 방사율도 93.5%로 종래의 흰 페인트의 92.6%보다 높은 것으로 측정되고, 각도 별 평균 방사율도 본 발명의 일실시예에 따른 페인트가 더 우수하게 나타나는 것을 알 수 있다.In addition, the average atmospheric window emissivity of the paint according to an embodiment of the present invention is 93.5%, which is higher than that of the conventional white paint of 92.6%. It can be seen that it appears to be excellent.
보다 구체적으로, TiO2 입자와 NIR 밴드 흡수를 나타내는 아크릴 바인더로 구성된 종래의 흰 페인트는 0.112의 태양 중량 흡수 및 대기 투명도 창에서 평균 방사율 0.924를 나타냈다.More specifically, a conventional white paint composed of TiO 2 particles and an acrylic binder exhibiting NIR band absorption exhibited a solar weight absorption of 0.112 and an average emissivity of 0.924 in the atmospheric transparency window.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 페인트는 Al2O3와 SiO2 입자와 DPHA의 균형 잡힌 조성과 두께로 인해 0.041의 극히 낮은 태양 중량 흡수 및 0.935의 높은 평균 방사율을 나타냄을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be seen that the paint according to an embodiment of the present invention exhibits an extremely low solar weight absorption of 0.041 and a high average emissivity of 0.935 due to the balanced composition and thickness of Al 2 O 3 and SiO 2 particles and DPHA.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 페인트는 종래의 흰 페인트에 비해 Al2O3 및 SiO2 입자의 고조파로 인해 발생하는 각도에 강한 방사 특성을 보여 60도의 입사각에서 0.8의 높은 결과를 생성함을 확인할 수 있다.In addition, the paint according to an embodiment of the present invention shows strong radiation characteristics at angles generated due to harmonics of Al 2 O 3 and SiO 2 particles compared to conventional white paint, resulting in a high result of 0.8 at an incident angle of 60 degrees. can be checked
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질의 광 특성을 설명하는 도면이다.6A and 6B are views for explaining optical characteristics of a material forming a wavelength conversion absorption light emitting layer of a color radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 발광체와 관련하여 방출 스펙트럼을 예시한다.6A illustrates an emission spectrum with respect to a luminous body of a wavelength conversion absorption light emitting layer of a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 6a의 그래프(600)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따라 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질로 이용되는 페로브스카이트 물질들의 쉘에 실리카가 코팅된 경우의 방출 스펙트럼을 나타낸다.Referring to the
그래프(600)의 제1 지시선(601)은 페로브스카이트 물질들 중 초록 색상을 나타낼 수 있는 CPB3에 SiO2가 코팅된 초록 색상의 입자의 방출 스펙트럼에 해당될 수 있다.The
그래프(600)의 제2 지시선(602)은 페로브스카이트 물질들 중 붉은 색상을 나타낼 수 있는 CPBxI3-x에 SiO2가 코팅된 붉은 색상의 입자의 방출 스펙트럼에 해당될 수 있다.The
제1 지시선(601)은 초록 색상의 입자가 470nm 내지 550nm에서 빛을 방출하는 특성을 가짐을 나타낸다.The
제2 지시선(602)은 붉은 색상의 입자가 600nm 내지 700nm에서 빛을 방출하는 특성을 가짐을 나타낸다.The
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 발광체와 관련하여 흡수 스펙트럼을 예시한다.6B illustrates an absorption spectrum in relation to a light emitting body of a wavelength conversion absorption light emitting layer of a color radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 6b의 그래프(610)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따라 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질로 이용되는 페로브스카이트 물질들의 쉘에 실리카가 코팅된 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸다.Referring to the
그래프(610)의 제1 지시선(611)은 페로브스카이트 물질들 중 초록 색상을 나타낼 수 있는 CPB3에 SiO2가 코팅된 초록 색상의 입자의 방출 스펙트럼에 해당될 수 있다.The
그래프(610)의 제2 지시선(612)은 페로브스카이트 물질들 중 붉은 색상을 나타낼 수 있는 CPBxI3-x에 SiO2가 코팅된 붉은 색상의 입자의 방출 스펙트럼에 해당될 수 있다.The
제1 지시선(611)은 초록 색상의 입자가 470nm 내지 550nm에서 빛을 흡수하는 특성을 가짐을 나타낸다.The
제2 지시선(612)은 붉은 색상의 입자가 600nm 내지 700nm에서 빛을 흡수하는 특성을 가짐을 나타낸다.The
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질의 색상 구현 특성을 설명하는 도면이다.6C is a view for explaining the color realization characteristics of the material forming the wavelength conversion absorption light emitting layer of the color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질인 페로브스카이트 물질들 중 초록 색상을 나타낼 수 있는 CPB3에 SiO2가 코팅된 초록 색상의 입자와 페로브스카이트 물질들 중 붉은 색상을 나타낼 수 있는 CPBxI3-x에 SiO2가 코팅된 붉은 색상의 입자의 발광 특성을 예시힌다.Specifically, FIG. 6c shows green colored particles and peroves coated with SiO 2 on CPB 3 capable of exhibiting a green color among perovskite materials that are materials for forming a wavelength conversion absorption light emitting layer according to an embodiment of the present invention. CPB x I 3-x capable of exhibiting a red color among skyite materials and SiO 2 exemplifies the luminescent properties of red particles coated with
도 6c를 참고하면, 용기(620), 용기(621), 용기(622) 및 용기(623)를 예시하는데, 용기(620)와 용기(622) 내에는 초록 색상의 입자가 포함되고, 용기(621)와 용기(623)내에는 붉은 색상의 입자가 포함된다.Referring to FIG. 6C , the
용기(620)와 용기(621)는 일반 카메라를 이용해 촬영된 이미지에 해당하고, 용기(622)와 용기(623)은 자외선 카메라를 이용해 촬영된 이미지이다.The
용기(622)와 용기(623)은 페로브스카이트 물질의 발광 특성을 확인시켜준다.
따라서, 본 발명은 사용자의 심미적 관점을 고려하여 선명한 색상을 구현할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide a color-type radiation cooling device capable of realizing a vivid color in consideration of the user's aesthetic point of view.
도 7a는 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 구현 이미지와 색상형 복사 냉각 소자의 광특성을 설명하는 도면이다.7A to 7C are views for explaining an implementation image of a color-type radiation cooling device and optical characteristics of a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 다양한 구조로 구현하고, 구현된 색상형 복사 냉각 소자들을 촬영한 이미지를 예시한다.7A is implemented with various structures of the color-type radiation cooling element according to an embodiment of the present invention, and illustrates an image obtained by photographing the implemented color-type radiation cooling element.
도 7a를 참고하면, 이미지(700)는 상용화 빨강 페인트 스프레이를 유리 기판 위에 스프레이 코팅하여 319㎛의 도막을 형성한 경우를 예시한다.Referring to FIG. 7A , an
즉, 이미지(700)는 색상 구현층 만을 포함하는 색상형 복사 냉각 소자를 예시할 수 있다.That is, the
이미지(701)는 상용화 빨강 페인트 스프레이를 유리 기판 위에 스프레이 코팅하여 242㎛의 도막을 형성한 뒤 실리카가 쉘로 코팅된 붉은 색상의 입자가 분산된 용액을 스핀코팅하여 약 28㎛의 층을 형성한 경우를 예시한다.
즉, 이미지(701)는 색상 구현층 상에 파장전환 흡수 발광층이 형성된 색상형 복사 냉각 소자를 예시한다.That is, the
이미지(702)는 복사 냉각층 상에 색상 구현층을 형성하는 색상형 복사 냉각 소자를 예시한다.
구체적으로, 이미지(702)는 Al2O3와 SiO2 마이크로 입자 분말 (입자 크기 0.8㎛ 내지 1.2㎛)를 부피비 1:1로 섞은 뒤, 바인더 물질 DPHA를 입자비:바인더비 = 2:1로 섞고 소량의 UV 개시제(Irgacure 184)를 넣어 이를 에탄올 용매에 넣고 분산하여 용액을 제조한 뒤, 이를 유리 기판 위에 도포하고 용매가 다 마른 뒤 UV를 10분간 조사하여 약 253㎛의 도막을 형성한 후, 상용화 빨강 페인트 스프레이를 스프레이 코팅하여 25㎛의 도막을 형성한 경우를 예시한다.Specifically, the image 702 is a mixture of Al 2 O 3 and SiO 2 microparticle powder (particle size of 0.8 μm to 1.2 μm) in a volume ratio of 1:1, and then the binder material DPHA is mixed with a particle ratio: binder ratio = 2:1. Mix, add a small amount of UV initiator (Irgacure 184), put it in an ethanol solvent, disperse it to prepare a solution, apply it on a glass substrate, and after the solvent is dry, irradiate with UV for 10 minutes to form a coating film of about 253㎛ , a case in which a 25㎛ coating film is formed by spray-coating a commercial red paint spray is exemplified.
이미지(703)는 복사 냉각층 상에 색상 구현층을 형성하고, 색상 구현층 상에 파장변환 흡수 방출층이 형성된 색상형 복사 냉각 소자를 예시한다.
구체적으로, 이미지(703)는 Al2O3와 SiO2 마이크로 입자 분말 (입자 크기 0.8㎛ 내지 1.2㎛)를 부피비 1:1로 섞은 뒤, 바인더 물질 DPHA를 입자비:바인더비 = 2:1로 섞고 소량의 UV 개시제(Irgacure 184)를 넣어 이를 에탄올 용매에 넣고 분산하여 용액을 제조한 뒤, 이를 유리 기판 위에 도포하고 용매가 다 마른 뒤 UV를 10분간 조사하여 약 247㎛의 도막을 형성한 후, 상용화 빨강 페인트 스프레이를 스프레이 코팅하여 23㎛의 도막을 형성하고, 실리카가 쉘로 코팅된 붉은 색상의 입자가 분산된 용액을 스핀코팅하여 약 20㎛의 층을 형성한 경우를 예시한다.Specifically, the image 703 is a mixture of Al 2 O 3 and SiO 2 microparticle powder (particle size of 0.8 μm to 1.2 μm) in a volume ratio of 1:1, and then the binder material DPHA is mixed with a particle ratio: binder ratio = 2:1. After mixing, add a small amount of UV initiator (Irgacure 184), put it in an ethanol solvent and disperse it to prepare a solution. , a case of forming a 23 μm coating film by spray coating a commercially available red paint spray, and spin coating a solution in which silica-coated red particles are dispersed to form a layer of about 20 μm is exemplified.
이미지(700) 내지 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자에 대하여 실험장비들을 통하여 광학 물성을 측정한 결과를 도 7b 및 도 7c를 이용하여 설명한다.The results of measuring optical properties of the color radiation cooling elements of the
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 반사율을 설명하는 도면이다.7B is a view for explaining the reflectance of the color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 7b의 그래프(710)를 참고하면, 제1 지시선(711)은 도 7a의 이미지(700)에 해당하고, 제2 지시선(712)은 도 7a의 이미지(701)에 해당하며, 제3 지시선(713)은 도 7a의 이미지(702)에 해당하고, 제4 지시선(714)은 도 7a의 이미지(703)에 해당할 수 있다.Referring to the
이미지(700)와 이미지(702)의 색상형 복사 냉각 소자는 파장변환 흡수 방출층을 포함하지 않고, 이미지(701)와 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자는 파장변환 흡수 방출층을 포함하고 있다.The chromatic radiation cooling elements of
제1 지시선(711) 및 제3 지시선(713)과 제2 지시선(712) 및 제4 지시선(714)의 반사율을 비교하면 유사함을 확인할 수 있다.It can be seen that the reflectances of the first and
이미지(700)와 이미지(701)의 색상형 복사 냉각 소자는 복사 냉각층을 포함하지 않고, 이미지(702)와 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자는 복사 냉각층을 포함하고 있다.The chromatic radiative cooling elements of
제1 지시선(711) 및 제2 지시선(712)과 제3 지시선(713) 및 제4 지시선(714)의 반사율을 비교하면 복사 냉각층을 포함할 경우 근적외선에 대한 반사율이 증가함을 확인할 수 있다.Comparing the reflectance of the first and
그래프(710)의 측정 결과는 하기 표 1과 같이 정리할 수 있고, 한편, 이미지(700)는 제1 샘플, 이미지(701)는 제2 샘플, 이미지(702)는 제3 샘플, 이미지(703)는 제4 샘플로 지칭할 수 있다.The measurement results of the
[표 1] [Table 1]
표 1에서는 제3 샘플 및 제4 샘플이 근적외선 반사율에 해당하는 태양광 반사율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.In Table 1, it can be seen that the solar reflectance corresponding to the near-infrared reflectance of the third sample and the fourth sample increases.
한편, 제3 샘플 및 제4 샘플은 파장 변환 흡수층이 자외선을 흡수 및 방출함에 따라 태양광 흡수율도 증가되나, 흡수된 태양광은 다시 배출됨에 따라 열 유입이 최소화될 수 있다.On the other hand, in the third sample and the fourth sample, as the wavelength conversion absorption layer absorbs and emits ultraviolet rays, the solar absorption rate also increases, but the absorbed sunlight is emitted again, so that heat inflow can be minimized.
도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 방사율을 설명하는 도면이다.7c is a view for explaining the emissivity of the color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
도 7c의 그래프(720)를 참고하면, 제1 지시선(721)은 도 7a의 이미지(700)에 해당하고, 제2 지시선(722)은 도 7a의 이미지(701)에 해당하며, 제3 지시선(723)은 도 7a의 이미지(702)에 해당하고, 제4 지시선(724)은 도 7a의 이미지(703)에 해당할 수 있다.Referring to the
이미지(700)와 이미지(702)의 색상형 복사 냉각 소자는 파장변환 흡수 방출층을 포함하지 않고, 이미지(701)와 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자는 파장변환 흡수 방출층을 포함하고 있다.The chromatic radiation cooling elements of
이미지(700)와 이미지(701)의 색상형 복사 냉각 소자는 복사 냉각층을 포함하지 않고, 이미지(702)와 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자는 복사 냉각층을 포함하고 있다.The chromatic radiative cooling elements of
제1 지시선(721) 내지 제4 지시선(724)의 방사율을 비교하면 대기의 창의 구간에서 장파장 적외선에 대한 유사한 방사율을 나타냄을 확인할 수 있다.Comparing the emissivity of the
그래프(720)에 기반한 이미지(700) 내지 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자의 광특성은 하기 표 2와 같이 정리할 수 있다.The optical characteristics of the color-type radiation cooling device of the
한편, 이미지(700)는 제1 샘플, 이미지(701)는 제2 샘플, 이미지(702)는 제3 샘플, 이미지(703)는 제4 샘플로 지칭할 수 있다.Meanwhile, the
[표 2] [Table 2]
표 2에서 태양광 흡수율은 근적외선의 반사율과 관련될 수 있는데, 태양광 흡수율과 근적외선에 대한 반사율은 반비례 관계를 나타낼 수 있고, 대기의 창 방사율은 장파장 적외선의 방사율을 나타낼 수 있다.In Table 2, the solar absorptivity may be related to the reflectance of near-infrared rays, the solar absorptance and the reflectance for near-infrared rays may represent an inversely proportional relationship, and the window emissivity of the atmosphere may indicate the emissivity of long-wavelength infrared rays.
표 2는 복사 냉각층이 추가된 제 3샘플과 제4 샘플에서 태양광 반사율이 증가되는 것을 나타내고, 파장변환 흡수 방출층이 복사 냉각과 관련된 태양광 반사율과 대기의 창 방사율을 감소시키지 않음을 확인시켜준다.Table 2 shows that the solar reflectance is increased in the third and fourth samples to which the radiative cooling layer is added, and it is confirmed that the wavelength-converted absorption emitting layer does not decrease the solar reflectance associated with radiative cooling and the window emissivity of the atmosphere. makes it
한편, 파장변환 흡수 방출층은 색상 구현층에서 흡수되는 가시광선 영역에 대하여 색상 구현을 위한 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하여 색상형 복사 냉각 소자 내에 열 유입을 최소화할 수 있다.On the other hand, the wavelength conversion absorption-emitting layer absorbs and emits the remaining visible light other than the visible light for color realization with respect to the visible light region absorbed by the color realization layer, thereby minimizing heat inflow into the color-type radiation cooling device.
따라서, 본 발명은 태양광이 비치는 낮(day time)이나 태양광이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 복사 냉각 소자의 주변온도를 냉각시킴에 따라 건축, 자동차 등의 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 수행할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention cools the ambient temperature of the radiation cooling element without energy consumption even during day time when sunlight is shining or night time when sunlight is not shining, so that materials requiring cooling of buildings, automobiles, etc. It is possible to provide a color-type radiant cooling element that can be applied to an external surface to perform a cooling function without energy consumption.
본 발명은 색상형 복사 냉각 소자를 냉각 시스템에 적용하여 냉각 시스템의 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve the energy efficiency of a cooling system by applying a color radiant cooling element to the cooling system.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경과 실험 환경에서 측정된 복사 냉각 성능을 설명하는 도면이다.8A and 8B are diagrams illustrating an experimental environment using a color-type radiation cooling device according to an embodiment of the present invention and radiative cooling performance measured in the experimental environment.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경을 예시한다. 여기서, 다양한 색상형 복사 냉각 소자는 도 7a의 이미지(700) 내지 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자에 해당할 수 있다.8A illustrates an experimental environment using various color-type radiation cooling devices according to an embodiment of the present invention. Here, the various color-type radiation cooling elements may correspond to the color-type radiation cooling elements of
예를 들어, 이미지(700)는 제1 샘플, 이미지(701)는 제2 샘플, 이미지(702)는 제3 샘플, 이미지(703)는 제4 샘플로 지칭할 수 있다.For example, the
도 8a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경(800)에서 제1 샘플(801), 제2 샘플(802), 제3 샘플(803) 및 제4 샘플(804)을 동일한 환경에 배열하여 배치한다.Referring to FIG. 8A , a
도 8b는 도 8a의 다양한 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경에서 측정된 복사 냉각 성능과 관련된 광특성을 예시한다.FIG. 8B illustrates optical properties related to radiative cooling performance measured in an experimental environment using the various color-type radiative cooling elements of FIG. 8A.
도 8b를 참고하면, 그래프(810)는 제1 지시선(811), 제2 지시선(812), 제3 지시선(813), 제4 지시선(814) 및 제5 지시선(815)을 이용하여 제1 샘플(801) 내지 제4 샘플(804)에 기반한 복사 냉각 성능과 관련된 온도의 변화를 예시한다.Referring to FIG. 8B , a
제1 지시선(811)은 제1 샘플(801)의 측정 결과를 나타내고, 제2 지시선(812)은 제2 샘플(802)의 측정 결과를 나타내며, 제3 지시선(813)은 제3 샘플(803)의 측정 결과를 나타내고, 제4 지시선(814)은 제4 샘플(804)의 측정 결과를 나타내며, 제5 지시선(815)은 외기(ambient air)의 측정 결과를 나타낼 수 있다.The
그래프(810)의 측정 결과는 하기 표 3을 통해서 정리할 수 있다.The measurement results of the
[표 3] [Table 3]
표 3을 참고하면, 제1 샘플 및 제2 샘플과 제3 샘플 및 제4 샘플은 파장변환 흡수 방출층에 기반하여 열유입 최소화 효과를 제공함을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, it can be confirmed that the first sample, the second sample, and the third sample and the fourth sample provide the effect of minimizing heat inflow based on the wavelength conversion absorption and emission layer.
구체적으로, 제2 샘플은 제1 샘플에 대비하여 약 1.6℃ 더 냉각되었고, 제4샘플은 약 5.1℃ 더 냉각되었다.Specifically, the second sample was cooled by about 1.6°C more and the fourth sample was cooled by about 5.1°C more than the first sample.
이는 제1 샘플의 경우는 가시광선과 자외선을 색상 변환층이 모두 흡수하나, 제2 샘플 및 제4 샘플의 경우는 파장변환 흡수 방출층이 색상 변환층이 흡수할 자외선과 가시광선을 흡수하여 색상형 복사 냉각 소자 내 열 유입을 감소시킨 것으로 볼 수 있다.In the case of the first sample, the color conversion layer absorbs both visible light and ultraviolet light, but in the case of the second sample and the fourth sample, the wavelength conversion absorption and emission layer absorbs the ultraviolet light and visible light to be absorbed by the color conversion layer to form a color type. It can be seen that the heat input in the radiative cooling element is reduced.
다시 말해, 제2 샘플은 파장변환 흡수 방출층의 효과로 색상 구현층이 구현하는 색상의 변경 없이 열 유입 최소화 효과로 주변 온도를 약 1.6℃ 더 냉각시킬 수 있다.In other words, the second sample can further cool the ambient temperature by about 1.6° C. due to the effect of minimizing heat inflow without changing the color implemented by the color realization layer due to the effect of the wavelength conversion absorption and emission layer.
한편, 제4 샘플은 복사 냉각층의 근적외선 반사 및 장파장 적외선의 흡수 및 방출 효과와 파장변환 흡수 방출층의 효과로 색상 구현층이 구현하는 색상의 변경 없이 열 유입 최소화 효과로 주변 온도를 약 5.1℃ 더 냉각시킬 수 있다.On the other hand, in the fourth sample, the effect of the near-infrared reflection and long-wavelength infrared absorption and emission of the radiation cooling layer and the effect of the wavelength conversion absorption and emission layer to minimize heat inflow without changing the color realized by the wavelength conversion absorption and emission layer, the ambient temperature was reduced to about 5.1 ° C. can be further cooled.
따라서, 본 발명은 입사태양광에 대하여 근적외선 영역의 높은 반사율을 갖고, 선명한 색상이 구현되며 형광체 입자를 이용하여 파장전환 흡수 및 방출을 통한 열 유입이 최소화되는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide a color-type radiation cooling device that has high reflectivity in the near-infrared region with respect to incident sunlight, provides a vivid color, and minimizes heat inflow through wavelength conversion absorption and emission using phosphor particles. .
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, elements included in the invention are expressed in the singular or plural according to the specific embodiments presented.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, the singular or plural expression is appropriately selected for the situation presented for convenience of description, and the above-described embodiments are not limited to the singular or plural component, and even if the component is expressed in plural, it is composed of a singular or , even a component expressed in the singular may be composed of a plural.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.On the other hand, although specific embodiments have been described in the description of the invention, various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea contained in the various embodiments.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.
100: 색상형 복사 냉각 소자 110: 복사 냉각층
120: 색상 구현층 130: 파장전환 흡수 발광층 100: colorful radiative cooling element 110: radiant cooling layer
120: color realization layer 130: wavelength conversion absorption light emitting layer
Claims (15)
상기 색상 구현층 상에 위치하고, 상기 입사 태양광의 자외선과 상기 흡수된 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하는 발광체로 형성되어 상기 입사 태양광의 흡수에 따른 열 유입을 감소시키는 파장전환 흡수 발광층; 및
상기 색상 구현층 아래에 위치하고, 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방출하고, 상기 근적외선을 반사함에 따라 상기 근적외선의 반사율을 증가시키는 복사 냉각층을 포함하고,
상기 파장전환 흡수 발광층은 상기 발광체에 기반하여 상기 구현된 적어도 하나의 색상과 유사한 색상을 발광함에 따라 상기 색상 구현층과 태양광 스펙트럼 내 흡수 구간이 중복되는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.a color realization layer that reflects near-infrared rays of incident sunlight and absorbs specific visible rays of the incident sunlight to implement at least one color;
A wavelength conversion absorption light emitting layer that is located on the color realization layer and is formed of a light emitting body that absorbs and emits the remaining visible rays other than the ultraviolet rays of the incident sunlight and the absorbed specific visible rays to reduce the heat inflow according to the absorption of the incident sunlight ; and
A radiation cooling layer that is located under the color realization layer, absorbs and emits long-wavelength infrared rays in a wavelength range corresponding to a sky window, and increases the reflectivity of the near-infrared rays by reflecting the near-infrared rays;
The wavelength conversion absorption light emitting layer emits a color similar to the at least one color implemented based on the light emitting body, so that the color realization layer and the absorption section in the solar spectrum overlap
Colorful radiant cooling element.
상기 복사 냉각층은 단일 금속박막 구조, 다층 박막 구조, 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조, 고분자 공극 구조 및 바인더 고분자 구조 중 어느 하나의 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.According to claim 1,
The radiation cooling layer is characterized in that it is formed in any one of a single metal thin film structure, a multilayer thin film structure, a particle dispersion structure in a polymer matrix, a polymer pore structure, and a binder polymer structure.
Colorful radiant cooling element.
상기 단일 금속박막 구조는 금속 물질에 기반하여 상기 근적외선을 반사하는 금속 태양광 반사층을 포함하고,
상기 다층 박막 구조는 상기 금속 태양광 반사층 상에 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질 및 무기물 중 어느 하나의 물질 또는 적어도 하나의 물질이 혼합된 혼합 물질이 적어도 하나의 층으로 형성되며,
상기 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조는 상기 금속 태양광 반사층 상에 상기 고분자 물질에 기반한 고분자 매트릭스 내 상기 무기물의 나노 또는 마이크로 입자가 분산되어 적어도 하나의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.3. The method of claim 2,
The single metal thin film structure includes a metal solar reflective layer that reflects the near-infrared light based on a metal material,
The multilayer thin film structure is formed of at least one layer of any one of a polymer material and an inorganic material that absorbs and emits the long-wavelength infrared light on the metal solar reflective layer, or a mixed material in which at least one material is mixed,
The particle dispersion structure in the polymer matrix is characterized in that the inorganic nano or micro particles are dispersed in the polymer matrix based on the polymer material on the metal solar reflective layer to form at least one layer.
Colorful radiant cooling element.
상기 고분자 공극 구조는 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질과 공극(air gap)을 포함하도록 형성되고, 상기 고분자 물질과 상기 공극(air gap) 간의 굴절률 차이에 기반하여 상기 입사 태양광을 산란 및 반사하여 상기 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성되며,
상기 바인더 고분자 구조는 상기 근적외선에 대하여 제1 굴절률을 갖고, 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 바인더 물질, 상기 근적외선에 대하여 제2 굴절률을 갖고, 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 및 상기 근적외선에 대하여 제3 굴절률을 갖는 공극(air gap) 간의 굴절률 차이에 기반하여 상기 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.4. The method of claim 3,
The polymer pore structure is formed to include a polymer material that absorbs and emits the long-wavelength infrared light and an air gap, and scatters and scatters the incident sunlight based on a refractive index difference between the polymer material and the air gap It is formed of at least one layer that reflects and reflects the near-infrared rays,
The binder polymer structure has a first refractive index with respect to the near-infrared rays, a binder material absorbing and emitting the long-wavelength infrared rays, a second refractive index with respect to the near-infrared rays, and inorganic nanoparticles or micro particles that absorb and emit the long-wavelength infrared rays and at least one layer that reflects the near-infrared rays based on a difference in refractive index between an air gap having a third refractive index with respect to the near-infrared rays.
Colorful radiant cooling element.
상기 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.5. The method of claim 4,
The polymer material is DPHA (DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS (polydimethylsiloane), ETFE (Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA (poly urethane acrylate), PS (polystyrene), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), PC (polycarbonate) , PVDF (Polyvinylidene fluoride), PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene) and polyethylene oxide (Polyethylene oxide) characterized in that it comprises at least one polymer material
Colorful radiant cooling element.
상기 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.5. The method of claim 4,
The inorganic material is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , c-BN, CaSO 4 , MgHPO 4 , ZrO 2 , BaSO 4 , CaCO 3 , AlN, AlPO 4 , Y 2 O 3 of characterized in that it contains at least one mineral
Colorful radiant cooling element.
상기 바인더 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 아크릭(Acrylic) 계 고분자, 폴리에스터(Polyester) 계 고분자 및 우레탄(ethance) 계 고분자 중 적어도 하나의 바인더 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.5. The method of claim 4,
The binder material is DPHA (DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS (polydimethylsiloane), ETFE (Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA (poly urethane acrylate), PS (polystyrene), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), PC (polycarbonate) , PVDF (Polyvinylidene fluoride), PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene), polyethylene oxide (Polyethylene oxide), acrylic (Acrylic)-based polymer, polyester (Polyester)-based polymer and urethane (ethance) containing at least one binder material of the polymer characterized
Colorful radiant cooling element.
상기 금속 물질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 백금(Pt), 리튬(Li) 및 나트륨(Na) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.4. The method of claim 3,
The metal material is silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (cu), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), platinum (Pt), lithium At least one metal material selected from (Li) and sodium (Na), or at least two alloy materials combined with any one material
Colorful radiant cooling element.
상기 발광체는 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.According to claim 1,
The light-emitting body is characterized in that it is formed of any one of a perovskite material and a chalcogenide-based material.
Colorful radiant cooling element.
상기 발광체는 상기 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질에 기반한 입자의 쉘(shell)에 무기물 및 고분자 물질 중 어느 하나의 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.10. The method of claim 9,
The light-emitting body is characterized in that any one of inorganic materials and polymer materials is coated on a shell of particles based on any one of the perovskite material and the chalcogenide-based material. doing
Colorful radiant cooling element.
상기 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함하고,
상기 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.11. The method of claim 10,
The polymer material is DPHA (DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS (polydimethylsiloane), ETFE (Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA (poly urethane acrylate), PS (polystyrene), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), PC (polycarbonate) , PVDF (Polyvinylidene fluoride), PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene), and containing at least one polymer material of polyethylene oxide (Polyethylene oxide),
The inorganic material is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , c-BN, CaSO 4 , MgHPO 4 , ZrO 2 , BaSO 4 , CaCO 3 , AlN, AlPO 4 , Y 2 O 3 of characterized in that it contains at least one mineral
Colorful radiant cooling element.
상기 복사 냉각층은 고분자 물질, 바인더 물질, 금속 물질, 무기물 및 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 중 적어도 하나 물질을 이용하여 형성되고, 상기 적어도 하나의 물질의 상기 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서 장파장 적외선에 대한 방사율이 상호 보완되도록 상기 적어도 하나의 물질이 조합됨에 따라 상기 장파장 적외선에 대한 방사율이 증가되는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.According to claim 1,
The radiation cooling layer is formed using at least one of a polymer material, a binder material, a metal material, an inorganic material, and nano or micro particles of an inorganic material, and the wavelength corresponding to the sky window of the at least one material characterized in that the emissivity for the long-wavelength infrared is increased as the at least one material is combined so that the emissivity for the long-wavelength infrared in the range is mutually complementary
Colorful radiant cooling element.
상기 색상 구현층, 상기 파장전환 흡수 발광층 및 상기 복사 냉각층은 드랍 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 블레이드 코팅(blade coating), 다잉(dyeing) 및 브러싱(brushing) 중 적어도 하나의 용액 공정을 통하여 다양한 표면 상에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.According to claim 1,
The color realization layer, the wavelength conversion absorption light emitting layer, and the radiation cooling layer may be formed by drop casting, spin coating, bar coating, spray coating, or blade coating. , characterized in that the coating is formed on various surfaces through at least one solution process of dying (dyeing) and brushing (brushing)
Colorful radiant cooling element.
상기 다양한 표면은 나무 표면, 유리 표면, 금속기판 표면, 플라스틱 표면 및 옷감 표면 중 적어도 하나의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는
색상형 복사 냉각 소자.15. The method of claim 14,
wherein the various surfaces include at least one of a wood surface, a glass surface, a metal substrate surface, a plastic surface, and a cloth surface.
Colorful radiant cooling element.
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