KR102514021B1 - Transparent radiative cooling device - Google Patents

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이헌
노준석
손수민
채동우
이다솔
김민경
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고려대학교 산학협력단
포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 가시광 영역 및 적외선 영역에서의 파장선택적인 광특성을 가지는 다층박막구조에 기반하여 투명성을 유지하면서도 근적외선 영역의 태양광을 반사하고, 복사열을 방출하여 기존의 유리에 비하여 효과적으로 온도를 낮출 수 있는 투명 복사 냉각 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 투명 복사 냉각 소자는 제1 투명 복사 냉각 물질로 이루어진 제1 반사층과 제2 투명 복사 냉각 물질로 이루어진 제2 반사층이 반복적으로 적층된 다층 구조에 기반하여 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광 중 적어도 하나를 반사하는 선택적 반사층 및 고분자 물질로 이루어져 상기 태양광의 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서의 적외선을 흡수 및 방사하는 선택적 방사층을 포함할 수 있다.The present invention is based on a multilayer thin film structure having wavelength-selective optical characteristics in the visible and infrared regions, and can reflect sunlight in the near-infrared region while maintaining transparency and emit radiant heat to effectively lower the temperature compared to conventional glass. More specifically, according to an embodiment of the present invention, the transparent radiation cooling element includes a first reflective layer made of a first transparent radiative cooling material and a second reflective layer made of a second transparent radiant cooling material. Based on the repeatedly stacked multi-layer structure, it is composed of a selective reflective layer and a polymer material that transmits sunlight in the visible light region and reflects at least one of sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions. It may include a selective emission layer that absorbs and emits infrared rays in a corresponding wavelength range.

Description

투명 복사 냉각 소자{TRANSPARENT RADIATIVE COOLING DEVICE}Transparent radiant cooling device {TRANSPARENT RADIATIVE COOLING DEVICE}

본 발명은 기존 외벽 및 외장재의 외관을 그대로 유지하면서 복사냉각특성을 더할 수 있는 투명 복사 냉각 소자에 관한 것으로, 가시광 영역 및 적외선 영역에서의 파장선택적인 광특성을 가지는 다층박막구조에 기반하여 투명성을 유지하면서도 근적외선 영역의 태양광을 반사하고, 복사열을 방출하여 기존의 유리에 비하여 효과적으로 온도를 낮출 수 있는 투명 복사 냉각 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent radiant cooling element capable of adding radiative cooling characteristics while maintaining the appearance of an existing outer wall and exterior material, and provides transparency based on a multilayer thin film structure having wavelength-selective optical characteristics in the visible and infrared regions. A transparent radiation cooling device capable of effectively lowering the temperature compared to conventional glass by reflecting sunlight in the near-infrared region and emitting radiant heat while retaining heat.

수동형 복사 냉각(Radiative Cooling) 소자는 낮 동안 태양 빛에 해당하는 파장(0.3-2.5㎛)를 반사하고 우주 밖으로 빠져나갈 수 있는 복사열(8-13㎛) 에너지를 방사하여 수동적으로 냉각될 수 있다.Passive Radial Cooling Devices can be passively cooled by reflecting wavelengths (0.3-2.5μm) corresponding to sunlight during the day and emitting radiant heat (8-13μm) energy that can escape into space.

수동형 냉각 소자의 효율은 소자 자체의 광특성 측정을 통해서 확인 할 수 있다.The efficiency of the passive cooling element can be confirmed by measuring the optical characteristics of the element itself.

열 방출을 위해서는 장파장 적외선 영역에서의 높은 흡수율 또는 방사율을 가짐에 따라 우주로 열을 잘 내뿜을 수 있어야 한다.In order to emit heat, it must be able to emit heat well into space as it has a high absorptivity 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, at a temperature of 300K, it has a condition for maximally emitting heat in the wavelength range of 6-20㎛. In the case of the earth, since the sky window region is about 8-13 μm, in order to maximize the heat dissipation capability of the passive cooling device, absorptance or emissivity must be maximized in the 8-13 μm region.

대기의 창 파장 범위에서의 적외선 방사가 실질적인 열방출에 의한 복사냉각을 달성하는데 핵심적인 역할을 수행한다. 파장 범위가 자외선-가시광선-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 window wavelength range of the atmosphere plays a key role in achieving radiative cooling by substantial heat dissipation. 300K At an ambient temperature of 158 W/m 2 , cooling performance can be realized without energy consumption.

태양광의 95% 반사시키고, 8㎛-13㎛ 영역의 중적외선을 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.When 95% of sunlight is reflected and more than 90% of mid-infrared rays in the 8㎛-13㎛ region are radiated to the outside, the cooling performance of 100W/m 2 is achieved during the day when the ambient temperature is 300K (that is, the presence of light absorption by the sun). In addition, at night without light absorption by the sun, cooling performance of 120 W/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 하며, 이외에도 옥외(outdoor) 조건에서 높은 내구성 (안정성, 내식성)을 갖아야 하고, 사용되는 물질이 값싸고 풍부하게 존재해야 하며, 값싸고 쉬운 공정으로 대면적에 성형이 가능해야 한다.In order to be used as a passive radiation cooling material, it must have high transmittance or high reflectance for light in the wavelength range of UV-vis-NIR, which is incident sunlight, so that it does not absorb incident sunlight, and it must not absorb incident sunlight, and it must have an area of 8 to 13㎛, which is the window section of the atmosphere. It should have a high absorption (emission) rate for long-wavelength infrared rays of the sun, and in addition, it should have high durability (stability, corrosion resistance) in outdoor conditions, and the materials used should be cheap and abundant, and inexpensive and easy to use. It should be possible to form a large area with the process.

폴리머 소재의 경우 일반적으로 장파장 적외선에 대하여 높은 흡수율(방사율)을 갖으나 재료의 특성상 옥외에 방치 시 자외선, 습기 등으로 쉽게 열화되어 수명이 짧다는 단점이 존재한다.In the case of polymer materials, they generally have a high absorptivity (emissivity) for long-wavelength infrared rays, but due to the nature of the material, they are easily deteriorated by ultraviolet rays, moisture, etc. when left outdoors, and have a short lifespan.

또한, 두꺼운 폴리머 소재는 모든 적외선 파장대에 대해서 높은 방사율을 갖는 브로드밴드 에미터(Broadband emitter) 이기 ‹š문에 대기의 창(sky window)에서 방사율이 높은 선택형 에미터(Selective emitter) 보다 복사냉각 성능이 떨어진다.In addition, since the thick polymer material is a broadband emitter with high emissivity for all infrared wavelength bands, it has better radiation cooling performance than a selective emitter with high emissivity in the sky window. It falls.

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 복사냉각성능을 달성하기에는 어려움이 있다.In the case of using a multilayer thin film of inorganic material or ceramic material, the number of layers must be large in order to increase the emissivity of the entire atmospheric window, which increases the solar absorption rate, making it difficult to achieve high efficiency radiant cooling performance.

또한, 은, 알루미늄 등 하부 금속 반사층을 포함하는 복사냉각소자는 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, radiation cooling elements including a lower metal reflective layer such as silver or aluminum have difficulties in applying radiation cooling in real life due to long-term stability problems (oxidation problems) and unit cost problems of silver and aluminum, and these metal materials mainly reflect specular reflection. This can cause eye strain and glare.

주간형 복사 냉각 구현을 위해서는 가시광 영역, 자외선 영역, 근적외선 영역의 태양광은 최대로 반사하여 열 유입을 최소하하고, 대기의 창에 해당하는 파장 구간에 포함되는 적외선은 흡수 및 방사해야한다.In order to implement daytime radiation cooling, sunlight in the visible, ultraviolet, and near-infrared regions must be maximally reflected to minimize heat inflow, and infrared rays included in the wavelength range corresponding to the atmospheric window must be absorbed and radiated.

복사 냉각 소자를 투명하게 구현하기 위해서는 최소한의 태양광에 해당하는 빛만 유입해야하기 때문에 근적외선 파장 영역의 태양광은 전부 반사하여 사람 눈으로 확인할 수 있는 가시광 영역의 태양광을 투과하도록 설계되어야한다.In order to implement the radiation cooling device transparently, since only light corresponding to minimum sunlight needs to be introduced, all sunlight in the near-infrared wavelength region must be reflected and sunlight in the visible light region visible to the human eye must be transmitted.

다만, 종래 기술에 따른 복사 냉각 소자에서의 금속 또는 폴리머와 산화물 반도체 입자를 이용한 백색 반사 및 산란층의 응용 부분에서는 한계점이 존재한다.However, there are limitations in the application of a white reflection and scattering layer using a metal or polymer and oxide semiconductor particles in a radiation cooling device according to the prior art.

즉, 종래의 백색 반사 및 산란층을 이용한 복사 냉각 소자는 실생활에 사용하기에 제한이 많다는 한계점이 존재한다.That is, the radiation cooling device using the conventional white reflection and scattering layer has many limitations in its use in real life.

한국등록특허 제10-2036071호, "다층 복사 냉각 구조"Korean Patent Registration No. 10-2036071, "Multi-Layer Radiant Cooling Structure" 한국등록특허 제10-1632646호, "태양 전지 패널의 인라인 제조 방법"Korean Patent Registration No. 10-1632646, "Inline manufacturing method of solar cell panel" 미국공개특허 제2020/0095429호, "COATING TO COOL A SURFACE BY PASSIVE RADIATIVE COOLING"US Patent Publication No. 2020/0095429, "COATING TO COOL A SURFACE BY PASSIVE RADIATIVE COOLING" 한국등록특허 제10-2140669호, "수동 복사 냉각 구조"Korean Patent Registration No. 10-2140669, "Passive radiation cooling structure"

본 발명은 다층박막 구조를 이용한 선택적 반사층에 기반하여 가시광 영역의 태양광만 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광을 반사하며, 고분자 물질 기반의 선택적 방사층에 기반하여 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 적외선을 흡수 및 방사하는 투명 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention transmits only sunlight in the visible light region based on a selective reflection layer using a multilayer thin film structure, reflects sunlight in the ultraviolet region and near infrared region, and based on a selective emission layer based on a polymer material, it can be applied to the wavelength range of a window in the atmosphere. It is an object to provide a transparent radiation cooling element that absorbs and emits corresponding infrared rays.

본 발명은 태양빛이 비치는 낮(day time)이나 태양빛이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 주변 온도(ambient temperature)를 냉각 시키는 투명 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a transparent radiation cooling device that cools the ambient temperature without consuming energy even during the day when sunlight shines or at night when sunlight does not shine.

본 발명은 건축자재, 유리, 자동차 자재, 항공장비, 에너지 절감형 데이터 센터 및 전자기기, 태양전지 등 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a cooling function without consuming energy by being applied to the outer surface of materials requiring cooling, such as building materials, glass, automobile materials, aviation equipment, energy-saving data centers and electronic devices, and solar cells.

본 발명은 투명 복사 냉각 소자에 기존 상용화된 페인트를 함께 이용하여 심미적 향상을 제공하면서도 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공하는 투명 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a transparent radiant cooling device that provides a cooling function without consuming energy while providing aesthetic improvement by using a commercially available paint together with a transparent radiant cooling device.

본 발명은 다층박막 구조를 이용한 선택적 반사층에 기반하여 열 유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 적외선을 흡수 및 방사하여 복사 냉각 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve radiation cooling performance by absorbing and emitting infrared rays corresponding to a wavelength range of an atmospheric window while minimizing heat inflow based on a selective reflection layer using a multilayer thin film structure.

본 발명의 일실시예에 따르면 투명 복사 냉각 소자는 제1 투명 복사 냉각 물질로 이루어진 제1 반사층과 제2 투명 복사 냉각 물질로 이루어진 제2 반사층이 반복적으로 적층된 다층 구조에 기반하여 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광 중 적어도 하나를 반사하는 선택적 반사층 및 고분자 물질로 이루어져 상기 태양광의 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서의 적외선을 흡수 및 방사하는 선택적 방사층을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the transparent radiation cooling element is based on a multi-layer structure in which a first reflection layer made of a first transparent radiation cooling material and a second reflection layer made of a second transparent radiation cooling material are repeatedly stacked, and the visible light region is A selective reflective layer that transmits light and reflects at least one of sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions and a polymer material that absorbs and emits infrared rays in a wavelength range corresponding to the sky window of the sunlight. A radiation layer may be included.

상기 선택적 반사층은 상기 제1 투명 복사 냉각 물질과 상기 제2 투명 복사 냉각 물질의 굴절률 차이에 기반하여 상기 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광 중 적어도 하나를 반사할 수 있다.The selective reflective layer transmits sunlight in the visible region and reflects at least one of sunlight in the ultraviolet region and the near infrared region based on a difference in refractive index between the first transparent radiation-cooling material and the second transparent radiation-cooling material. can

상기 선택적 반사층은 상기 제1 투명 복사 냉각 물질과 상기 제2 투명 복사 냉각 물질의 굴절률 차이가 증가할 수 록, 상기 가시광 영역의 태양광의 투과율 및 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율이 증가될 수 있다.In the selective reflection layer, as a refractive index difference between the first transparent radiation-cooling material and the second transparent radiation-cooling material increases, transmittance of sunlight in the visible region and reflectance of sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions may increase. there is.

상기 선택적 반사층은 상기 제1 반사층 상에 상기 제2 반사층이 형성되고, 상기 제2 반사층 상에 상기 제1 반사층이 형성되는 교차 구조로, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층이 1층 내지 5층을 이룰 수 있다.The selective reflective layer has a cross structure in which the second reflective layer is formed on the first reflective layer and the first reflective layer is formed on the second reflective layer, and the first reflective layer and the second reflective layer are one to five layers. can achieve

상기 선택적 반사층은 상기 1층 내지 5층으로 형성됨에 층 수가 증가되는 경우, 상기 가시광 영역의 태양광의 투과율이 감소하고, 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율이 증가되며, 층 수가 감소되는 경우 상기 가시광 영역의 태양광의 투과율이 증가하고, 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율은 감소할 수 있다.Since the selective reflective layer is formed of the first to fifth layers, when the number of layers increases, transmittance of sunlight in the visible light region decreases, reflectance of sunlight in the ultraviolet and near infrared regions increases, and when the number of layers decreases, the transmittance of sunlight in the ultraviolet region and the near infrared region increases. Transmittance of sunlight in the visible light region may increase, and reflectance of sunlight in the ultraviolet and near infrared regions may decrease.

상기 제1 반사층의 두께는 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층의 적층 수와 관련하여 63 nm 내지 71 nm로 형성되고, 상기 제2 반사층의 두께는 174 nm로 형성될 수 있다.The first reflective layer may have a thickness of 63 nm to 71 nm in relation to the number of layers of the first reflective layer and the second reflective layer, and the thickness of the second reflective layer may be 174 nm.

상기 제1 투명 복사 냉각 물질은 a-Si:H, TiO2, ITO, SiO2 및 ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first transparent radiant cooling material may include at least one of a-Si:H, TiO 2 , ITO, SiO 2 and ZnS.

상기 제2 투명 복사 냉각 물질은 SiO2, Al2O3, MgF2 및 Si3N4 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The second transparent radiant cooling material may include at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , MgF 2 and Si 3 N 4 .

상기 선택적 방사층은 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane, PDMS)을 포함하는 상기 고분자 물질로 형성될 수 있다.The selective emission layer may be formed of the polymer material including polydimethyl siloxane (PDMS).

상기 선택적 방사층의 두께는 50㎛로 형성될 수 있다.The selective emission layer may have a thickness of 50 μm.

본 발명의 일실시예에 따르면 투명 복사 냉각 소자는 상기 선택적 반사층의 하단에 위치하는 투명 기판의 다른 일 측면에서 색상 페인트의 종류에 따라 색상을 구현하는 색상층을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the transparent radiation cooling element may further include a color layer for realizing colors according to the type of color paint on the other side of the transparent substrate positioned below the selective reflection layer.

상기 선택적 반사층은 상기 투명 기판과 상기 선택적 방사층의 사이에 위치할 수 있다.The selective reflection layer may be positioned between the transparent substrate and the selective emission layer.

본 발명은 다층박막 구조를 이용한 선택적 반사층에 기반하여 가시광 영역의 태양광만 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광을 반사하며, 고분자 물질 기반의 선택적 방사층에 기반하여 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 적외선을 흡수 및 방사하는 투명 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention transmits only sunlight in the visible light region based on a selective reflection layer using a multilayer thin film structure, reflects sunlight in the ultraviolet region and near infrared region, and based on a selective emission layer based on a polymer material, it can be applied to the wavelength range of a window in the atmosphere. A transparent radiation cooling element that absorbs and emits corresponding infrared rays can be provided.

본 발명은 태양빛이 비치는 낮(day time)이나 태양빛이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 주변 온도(ambient temperature)를 냉각 시키는 투명 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a transparent radiation cooling device that cools the ambient temperature without consuming energy even during the day when sunlight shines or at night when sunlight does not shine.

본 발명은 건축자재, 유리, 자동차 자재, 항공장비, 에너지 절감형 데이터 센터 및 전자기기, 태양전지 등 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공할 수 있다.The present invention can be applied to the outer surface of materials requiring cooling, such as building materials, glass, automobile materials, aviation equipment, energy-saving data centers and electronic devices, and solar cells, to provide a cooling function without consuming energy.

본 발명은 투명 복사 냉각 소자에 기존 상용화된 페인트를 함께 이용하여 심미적 향상을 제공하면서도 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공하는 투명 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a transparent radiant cooling device that provides a cooling function without consuming energy while providing aesthetic improvement by using a commercially available paint together with a transparent radiant cooling device.

본 발명은 다층박막 구조를 이용한 선택적 반사층에 기반하여 열 유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 적외선을 흡수 및 방사하여 복사 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve radiant cooling performance by absorbing and emitting infrared rays corresponding to a wavelength range of a window in the atmosphere while minimizing heat inflow based on a selective reflection layer using a multilayer thin film structure.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 개념도를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 구조를 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 전자 현미경 이미지를 설명한다.
도 4 내지 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층의 굴절률을 설명한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층의 구조 변화에 따른 복사 냉각 특성을 설명한다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 결과를 설명한다.
도 11d는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 이미지를 설명한다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자에 색상층을 추가한 실시예를 설명한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일실시예에 따라 색상층이 추가된 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 결과를 설명한다.
1 illustrates a conceptual diagram of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.
2 illustrates the structure of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.
3A and 3B illustrate electron microscope images of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.
4-5B illustrate the refractive index of a selectively reflective layer of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.
6 to 10 illustrate radiant cooling characteristics according to structural changes of a selective reflection layer of a transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
11A to 11C explain radiation cooling test results using a transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
11D illustrates an image of a transparent radiant cooling element according to one embodiment of the present invention.
12A and 12B illustrate an embodiment in which a color layer is added to a transparent radiation cooling element according to an embodiment of the present invention.
13A to 13C illustrate radiation cooling test results using a transparent radiation cooling element to which a color layer is added according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this 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 specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes 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 description of various embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 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, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents 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 elements.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions 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 the 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," may modify the corresponding components regardless of order or importance, and are used to distinguish one component from another. 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 a (e.g., first) element is referred to as being "(functionally or communicatively) coupled to" or "connected to" another (e.g., second) element, that element refers to the other (e.g., second) element. It may be directly connected to the component or 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.In this specification, "configured to (or configured to)" means "suitable for," "having the ability to," "changed to" depending on the situation, for example, hardware or software ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression "device configured to" can mean that the device is "capable of" in conjunction with other devices or components.

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" may include a dedicated processor (eg, embedded processor) to perform the operation, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may mean a general-purpose processor (eg, CPU or 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 otherwise stated or clear from the context, the expression 'x employs a or b' means any one of the 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 refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 개념도를 설명한다.1 illustrates a conceptual diagram of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(100)는 입사되는 태양광의 가시광 영역을 투과하고, 자외선 및 근적외선 영역 중 적어도 하나를 전 반사하며, 대기의 창의 파장 범위(8-13 ㎛)에 해당하는 적외선은 흡수 및 방사한다.Referring to FIG. 1 , the transparent radiation cooling device 100 according to an embodiment of the present invention transmits the visible light region of incident sunlight, totally reflects at least one of the ultraviolet and near-infrared regions, and has a wavelength range of a window in the atmosphere ( 8-13 μm) absorbs and emits infrared rays.

일례로, 투명 복사 냉각 소자(100)는 투명 기판 상에 선택적 반사층과 선택적 방사층이 순차적으로 형성된 구조를 이루고 있고, 선택적 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 투명 복사 냉각 물질을 이용하여 다층 구조로 이루어진다.For example, the transparent radiation cooling device 100 has a structure in which a selective reflection layer and a selective emission layer are sequentially formed on a transparent substrate, and the selective reflection layer is formed of a multilayer structure using transparent radiation cooling materials having different refractive indices.

본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(100)는 가시광 및 적외선 영역에서의 파장 선택적 광특성을 가지고, 투명성을 유지하면서도 근적외선 영역의 태양광을 반사하고, 복사열을 방출하여 기존의 유리에 비해 온도를 효과적으로 낮출 수 있다.The transparent radiation cooling device 100 according to an embodiment of the present invention has wavelength-selective optical properties in the visible and infrared regions, reflects sunlight in the near-infrared region while maintaining transparency, and emits radiant heat, so that it can be applied to conventional glass. temperature can be effectively lowered.

또한, 투명 복사 냉각 소자(100)는 기존 외벽 및 외장재의 외관을 그대로 유지하면서 복사 냉각 특성을 더할 수 있어, 기존 건물 및 차량에도 쉽게 도입이 가능하고, 페인트 도료와 함께 사용되면 색 맞춤형 복사 냉각 소자로 이용될 수 있다.In addition, the transparent radiant cooling element 100 can add radiant cooling characteristics while maintaining the appearance of existing outer walls and exterior materials, so it can be easily introduced into existing buildings and vehicles, and when used with paint, a color-customized radiant cooling element can be used as

따라서, 본 발명은 건축자재, 유리, 자동차 자재, 항공장비, 에너지 절감형 데이터 센터 및 전자기기, 태양전지 등 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can be applied to the outer surface of materials requiring cooling, such as building materials, glass, automobile materials, aviation equipment, energy-saving data centers and electronic devices, and solar cells, to provide a cooling function without consuming energy.

또한, 본 발명은 태양빛이 비치는 낮(day time)이나 태양빛이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 주변 온도(ambient temperature)를 냉각 시키는 투명 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a transparent radiation cooling device that cools the ambient temperature without consuming energy even during the day when sunlight shines or at night when sunlight does not shine.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 구조를 설명한다.2 illustrates the structure of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 적층 구조를 예시한다.2 illustrates a stacked structure of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(200)는 투명 기판(210), 선택적 반사층(220) 및 선택적 방사층(230)을 포함하고, 선택적 반사층(220)은 제1 반사층(221) 및 제2 반사층(222)을 포함한다.Referring to FIG. 2 , a transparent radiation cooling device 200 according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate 210, a selective reflection layer 220 and a selective emission layer 230, and the selective reflection layer 220 includes It includes a first reflective layer 221 and a second reflective layer 222 .

본 발명의 일실시예에 따르면 투명 기판(210)은 투명한 소재의 기판으로서, 유리를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the transparent substrate 210 is a substrate made of a transparent material and includes glass.

즉, 투명 기판(210)은 자동차, 건축물의 창문 등에 적용될 수 있는 유리일 수 있다.That is, the transparent substrate 210 may be glass applicable to windows of automobiles and buildings.

본 발명의 일실시예에 따르면 선택적 반사층(220)은 제1 투명 복사 냉각 물질로 이루어진 제1 반사층(221)과 제2 투명 복사 냉각 물질로 이루어진 제2 반사층(222)이 반복적으로 적층된 다층 구조에 기반하여 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광 중 적어도 하나를 반사할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the selective reflection layer 220 has a multilayer structure in which a first reflection layer 221 made of a first transparent radiation cooling material and a second reflection layer 222 made of a second transparent radiation cooling material are repeatedly stacked. Based on this, sunlight in the visible light region may be transmitted, and at least one of sunlight in the ultraviolet region and the near infrared region may be reflected.

예를 들어, 제1 투명 복사 냉각 물질은 a-Si:H, TiO2, ITO, SiO2 및 ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the first transparent radiant cooling material may include at least one of a-Si:H, TiO 2 , ITO, SiO 2 and ZnS.

또한, 제2 투명 복사 냉각 물질은 SiO2, Al2O3, MgF2 및 Si3N4 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Also, the second transparent radiant cooling material may include at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , MgF 2 and Si 3 N 4 .

일례로, 선택적 반사층(220)은 제1 투명 복사 냉각 물질과 제2 투명 복사 냉각 물질의 굴절률 차이에 기반하여 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광 중 적어도 하나를 반사할 수 있다.For example, the selective reflective layer 220 transmits sunlight in a visible light region and reflects at least one of sunlight in an ultraviolet region and a near infrared region based on a difference in refractive index between the first transparent radiation cooling material and the second transparent radiation cooling material. can do.

본 발명의 일실시예에 따른 선택적 반사층(220)은 제1 투명 복사 냉각 물질과 제2 투명 복사 냉각 물질의 굴절률 차이가 증가할 수 록, 가시광 영역의 태양광의 투과율 및 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율이 증가될 수 있다.The selective reflection layer 220 according to an embodiment of the present invention increases the difference in refractive index between the first transparent radiation cooling material and the second transparent radiation cooling material, so that the transmittance of sunlight in the visible light region and the ultraviolet and near-infrared regions are reduced. The reflectance of sunlight may be increased.

제1 투명 복사 냉각 물질과 제2 투명 복사 냉각 물질의 굴절률 차이에 대한 설명은 도 4 내지 도 5b에서 설명한다.A description of the difference in refractive index between the first transparent radiation cooling material and the second transparent radiation cooling material is described with reference to FIGS. 4 to 5B.

본 발명의 일실시예에 따르면 선택적 반사층(220)은 제1 반사층(221) 상에 제2 반사층(222)이 형성되고, 제2 반사층(222) 상에 제1 반사층(221)이 형성되는 교차 구조로, 제1 반사층(221)과 제2 반사층(222)이 1층 내지 5층을 이루어질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the selective reflective layer 220 is a crossover in which the second reflective layer 222 is formed on the first reflective layer 221 and the first reflective layer 221 is formed on the second reflective layer 222. As a structure, the first reflective layer 221 and the second reflective layer 222 may have one to five layers.

일례로, 선택적 반사층(220)은 1층 내지 5층으로 형성됨에 층 수가 증가되는 경우, 가시광 영역의 태양광의 투과율이 감소하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율이 증가될 수 있다.For example, since the selective reflective layer 220 is formed of one to five layers, when the number of layers is increased, transmittance of sunlight in the visible light region may decrease, and reflectance of sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions may increase.

또한, 선택적 반사층(220)은 층 수가 감소되는 경우 가시광 영역의 태양광의 투과율이 증가하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율은 감소할 수 있다.In addition, when the number of layers of the selective reflective layer 220 is reduced, transmittance of sunlight in the visible light region may increase, and reflectance of sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions may decrease.

본 발명의 일실시예에 따르면 제1 반사층(221)의 두께는 제1 반사층(221)과 제2 반사층(222)의 적층 수와 관련하여 63nm 내지 71nm 범위 내에서 결정될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thickness of the first reflective layer 221 may be determined within a range of 63 nm to 71 nm in relation to the number of layers of the first reflective layer 221 and the second reflective layer 222 .

일례로, 제2 반사층(222)의 두께는 174nm로 형성될 수 있다.For example, the second reflective layer 222 may have a thickness of 174 nm.

예를 들어, 선택적 반사층(220)은 투명 기판(210)과 선택적 방사층(230) 사이에 위치한다.For example, the selective reflection layer 220 is positioned between the transparent substrate 210 and the selective emission layer 230 .

본 발명의 일실시예에 따르면 선택적 방사층(230)은 고분자 물질로 이루어져 입사된 태양광의 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서의 적외선을 흡수 및 방사할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the selective emission layer 230 is made of a polymer material and can absorb and emit infrared rays in a wavelength range corresponding to a sky window of incident sunlight.

즉, 선택적 방사층(230)은 투명 복사 냉각 소자(200)로 입사된 태양광에서 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 8㎛ 내지 13㎛에서의 적외선을 흡수 및 방사할 수 있다.That is, the selective emission layer 230 may absorb and emit infrared rays of 8 μm to 13 μm corresponding to a wavelength range of a window in the atmosphere from sunlight incident on the transparent radiation cooling device 200 .

일례로, 선택적 방사층(230)은 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane, PDMS)을 포함하는 고분자 물질로 형성될 수 있다.For example, the selective emission layer 230 may be formed of a polymer material including polydimethylsiloxane (PDMS).

또한, 선택적 방사층(230)은 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane, PDMS)의 특성을 고려하여 50㎛의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the selective emission layer 230 may be formed to a thickness of 50 μm in consideration of characteristics of polydimethylsiloxane (PDMS).

따라서, 본 발명은 다층박막 구조를 이용한 선택적 반사층에 기반하여 가시광 영역의 태양광만 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광을 반사하며, 고분자 물질 기반의 선택적 방사층에 기반하여 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 적외선을 흡수 및 방사하는 투명 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention transmits only sunlight in the visible light region based on a selective reflection layer using a multilayer thin film structure, reflects sunlight in the ultraviolet region and near infrared region, and based on a selective emission layer based on a polymer material, the wavelength of a window in the atmosphere It is possible to provide a transparent radiation cooling element that absorbs and emits infrared rays corresponding to a range.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 전자 현미경 이미지를 설명한다.3A and 3B illustrate electron microscope images of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 전자 현미경 이미지를 예시한다.3A illustrates an electron microscope image of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.

도 3a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(300)는 투명 기판과 선택적 방사층에 해당하는 PDMS 사이에 선택적 반사층이 위치하는데, 선택적 반사층은 제1 반사층과 제2 반사층으로 구성되고, 제1 반사층은 a-Si:H로 형성되고, 제2 반사층은 SiO2를 이용하여 형성되었다.Referring to FIG. 3A , in the transparent radiation cooling device 300 according to an embodiment of the present invention, a selective reflection layer is positioned between a transparent substrate and PDMS corresponding to a selective emission layer, wherein the selective reflection layer is a first reflection layer and a second reflection layer. , the first reflective layer is formed of a-Si:H, and the second reflective layer is formed using SiO 2 .

제1 반사층의 두께는 70nm, 63nm 및 71nm로 형성되고, 제2 반사층의 두께는 174nm로 형성되었다.The thickness of the first reflective layer was formed to be 70 nm, 63 nm, and 71 nm, and the thickness of the second reflective layer was formed to be 174 nm.

여기서, 제1 반사층의 두께는 1㎛ 파장 근처에서 높은 반사율을 가지도록 디자인 되었으며, 가시광 영역에서의 투과율과 근적외선의 반사율을 최대화하기 위한 초기 파라미터를 최적화한 값일 수 있다.Here, the thickness of the first reflection layer is designed to have high reflectance in the vicinity of 1 μm wavelength, and may be a value obtained by optimizing initial parameters for maximizing transmittance in the visible light region and reflectance of near infrared rays.

즉, 제1 반사층의 두께는 가시광 영역에서 투과율이 증가되고, 근적외선의 반사율이 증가되기 위하여 결정된 값일 수 있다.That is, the thickness of the first reflection layer may be a value determined to increase transmittance in the visible light region and increase reflectance of near infrared rays.

도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자에서 선택적 방사층의 전자 현미경 이미지를 예시한다.3B illustrates an electron microscope image of a selective emission layer in a transparent radiation cooling device according to one embodiment of the present invention.

일례로, 투명 복사 냉각 소자(310)는 기판 상에 선택적 방사층만이 형성된 구조로 선택적 방사층은 PDMS로 형성되고, 50㎛의 두께를 가질 수 있다.For example, the transparent radiation cooling element 310 has a structure in which only a selective emission layer is formed on a substrate, and the selective emission layer is formed of PDMS and may have a thickness of 50 μm.

도 4 내지 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층의 굴절률을 설명한다.4-5B illustrate the refractive index of a selectively reflective layer of a transparent radiation cooling element according to one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층을 형성하는 투명 복사 냉각 물질의 굴절률을 예시한다.4 illustrates the refractive index of a transparent radiant cooling material forming the selectively reflective layer of a transparent radiative cooling element according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 그래프(400)는 비정질(amorphous) 실리콘에 해당하는 a-Si:H의 굴절률을 나타낼 수 있고, 그래프(410)는 SiO2의 굴절률을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 4 , a graph 400 may represent the refractive index of a-Si:H corresponding to amorphous silicon, and a graph 410 may represent the refractive index of SiO 2 .

그래프(400)에 따르면, 비정질(amorphous) 실리콘에 해당하는 a-Si:H는 가시광 영역 및 근적외선 영역의 태양광에 대하여 높은 굴절률을 가진다.According to the graph 400, a-Si:H corresponding to amorphous silicon has a high refractive index with respect to sunlight in the visible light region and the near infrared region.

그래프(400)의 실선은 굴절률의 실수부를 나타내고, 점선은 굴절률의 허수부를 나타낼 수 있다. 여기서, 굴절률은 유전율 값에 스퀘어 루트(square root)를 취해서 결정될 수 있다.The solid line of the graph 400 may represent the real part of the refractive index, and the dotted line may represent the imaginary part of the refractive index. Here, the refractive index may be determined by taking the square root of the permittivity value.

그래프(410)에 따르면, SiO2는 가시광 영역 및 근적외선 영역의 태양광에 대하여 a-Si:H에 비하여 상대적으로 낮은 굴절률을 가진다.According to the graph 410, SiO 2 has a relatively low refractive index compared to a-Si:H with respect to sunlight in the visible and near infrared regions.

본 발명의 일실시예에 따른 선택적 반사층을 이루는 물질인 a-Si:H와 SiO2는 굴절률 차이가 클 수 있다.A-Si:H and SiO 2 , which are materials constituting the selective reflection layer according to an embodiment of the present invention, may have a large difference in refractive index.

즉, 선택적 반사층을 이루는 두 물질의 굴절률 차이가 클 수 록 가시광 영역의 태양광에 대한 투과율이 향상되고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광에 대한 반사율이 향상될 수 있다.That is, as the difference in refractive indices of the two materials constituting the selective reflection layer increases, the transmittance of sunlight in the visible light region may be improved, and the reflectance of sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions may be improved.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층을 이루는 두 물질을 a-Si:H와 Si3N4로 했을 경우, 자외선 영역, 근적외선 영역 및 가시광 영역의 태양광에 해당하는 파장 범위에서 투과율(T), 반사율(R) 및 흡수율(A)을 예시한다.FIG. 5A shows sunlight in the ultraviolet region, near infrared region, and visible region when a-Si:H and Si 3 N 4 are used as two materials constituting the selective reflection layer of the transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention. Transmittance (T), reflectance (R) and absorptivity (A) are exemplified in the wavelength range of

그래프(500)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층의 제1 반사층은 a-Si:H로 형성되고, 제2 반사층은 Si3N4로 형성되었으며, 파장 1㎛에서 높은 반사율과 낮은 흡수율을 보여주고, 낮은 투과율을 보여준다.Referring to graph 500, the first reflective layer of the selective reflective layer of the transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention is formed of a-Si:H, the second reflective layer is formed of Si 3 N 4 , and the wavelength It shows high reflectance and low absorption at 1 μm, and low transmittance.

또한, 파장 1.5㎛에서 낮은 반사율과 낮은 흡수율을 보여주고, 높은 투과율을 보여주는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that it shows low reflectance and low absorption at a wavelength of 1.5 μm and high transmittance.

그래프(500)의 왼쪽 세로축은 백분율을 나타내고, 1은 100%를 나타내고, 오른쪽 세로축은 태양 스펙트럼을 나타낸다.The left vertical axis of the graph 500 represents percentage, 1 represents 100%, and the right vertical axis represents the solar spectrum.

그래프(501)을 참고하면, 제2 반사층을 형성한 Si3N4의 굴절률을 예시하는데 SiO2와 유사한 것을 확인할 수 있으며, 제2 반사층으로 Si3N4가 이용될 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to the graph 501, it can be confirmed that the refractive index of Si 3 N 4 forming the second reflective layer is similar to that of SiO 2 , and it can be confirmed that Si 3 N 4 can be used as the second reflective layer.

도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층을 이루는 두 물질을 a-Si:H와 Al2O3로 했을 경우, 자외선 영역, 근적외선 영역 및 가시광 영역의 태양광에 해당하는 파장 범위에서 투과율(T), 반사율(R) 및 흡수율(A)을 예시한다.5B is a case where a-Si:H and Al 2 O 3 are used as two materials constituting the selective reflection layer of the transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention, corresponding to sunlight in the ultraviolet region, near infrared region, and visible region. Transmittance (T), reflectance (R) and absorptivity (A) are exemplified in the wavelength range of

그래프(510)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층의 제1 반사층은 a-Si:H로 형성되고, 제2 반사층은 Al2O3로 형성되었으며, 파장 1㎛에서 높은 반사율과 낮은 흡수율을 보여주고, 낮은 투과율을 보여준다.Referring to graph 510, the first reflective layer of the selective reflective layer of the transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention is formed of a-Si:H, the second reflective layer is formed of Al 2 O 3 , and the wavelength It shows high reflectance and low absorption at 1 μm, and low transmittance.

또한, 파장 1.5㎛에서 낮은 반사율과 낮은 흡수율을 보여주고, 높은 투과율을 보여주는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that it shows low reflectance and low absorption at a wavelength of 1.5 μm and high transmittance.

그래프(510)의 왼쪽 세로축은 백분율을 나타내고, 1은 100%를 나타내고, 오른쪽 세로축은 태양 스펙트럼을 나타낸다.The left vertical axis of the graph 510 represents percentage, 1 represents 100%, and the right vertical axis represents the solar spectrum.

그래프(511)을 참고하면, 제2 반사층을 형성한 Al2O3의 굴절률을 예시하는데 SiO2와 유사한 것을 확인할 수 있으며, 제2 반사층으로 Al2O3가 이용될 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to graph 511, it can be seen that the refractive index of Al 2 O 3 forming the second reflective layer is similar to that of SiO 2 , and it can be confirmed that Al 2 O 3 can be used as the second reflective layer.

즉, 도 4 내지 도 5b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자에 포함된 선택적 반사층을 이루는 제1 반사층과 제2 반사층을 형성하는 투명 복사 냉각 물질의 굴절률 차이가 존재할 때, 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광은 흡수하지 않고 반사함을 확인할 수 있다.That is, referring to FIGS. 4 to 5B , when there is a difference in refractive index between the transparent radiation cooling material forming the first reflection layer and the second reflection layer constituting the selective reflection layer included in the transparent radiation cooling element according to an embodiment of the present invention. , it can be confirmed that sunlight in the visible light region is transmitted, and sunlight in the ultraviolet region and the near infrared region is reflected without being absorbed.

도 6 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층의 구조 변화에 따른 복사 냉각 특성을 설명한다.6 to 10 illustrate radiant cooling characteristics according to structural changes of a selective reflection layer of a transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.

도 6 내지 도 10에 도시된 그래프의 왼쪽 세로축은 백분율을 나타내고, 1은 100%를 나타내고, 오른쪽 세로축은 태양 스펙트럼을 나타낸다.The left vertical axis of the graphs shown in FIGS. 6 to 10 represents percentage, 1 represents 100%, and the right vertical axis represents solar spectrum.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 반사층을 이루는 제1 반사층과 제2 반사층의 적층 수가 5층일 경우를 예시한다.6 illustrates a case in which the number of stacked layers of the first reflective layer and the second reflective layer constituting the selective reflective layer according to an embodiment of the present invention is five.

도 6을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(600)는 투명 기판(601), 제1 반사층(602), 제2 반사층(603) 및 선택적 방사층(604)으로 이루어진다. 여기서, 투명 기판(601)은 유리 기판으로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 6 , a transparent radiation cooling device 600 according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate 601, a first reflective layer 602, a second reflective layer 603, and a selective emission layer 604. . Here, the transparent substrate 601 may be referred to as a glass substrate.

제1 반사층(602)은 a-Si:H로 형성되고, 70nm, 63nm 및 71nm의 두께로 형성되고, 제2 반사층(603)은 SiO2로 형성되고, 174nm의 두께로 형성된다.The first reflective layer 602 is made of a-Si:H and has a thickness of 70 nm, 63 nm and 71 nm, and the second reflective layer 603 is made of SiO 2 and has a thickness of 174 nm.

그래프(610)는 투명 복사 냉각 소자(600)의 자외선 영역, 근적외선 영역 및 가시광 영역의 태양광에 해당하는 파장 범위에서 투과율(T), 반사율(R) 및 흡수율(A)을 예시한다.A graph 610 illustrates transmittance (T), reflectance (R), and absorptivity (A) in a wavelength range corresponding to sunlight in the ultraviolet region, near infrared region, and visible region of the transparent radiation cooling element 600 .

그래프(610)에서 f는 가시광 영역에서의 높은 투과율과 근적외선 영역에서의 높은 반사율을 위한 최적화 파라미터 값을 나타내는데, 낮을 수 록 좋은 특성을 제공할 수 있다.In the graph 610, f represents an optimization parameter value for high transmittance in the visible light region and high reflectance in the near infrared region, and the lower the value, the better the characteristics.

그래프(610)를 참고하면, 파장 1㎛에서 높은 반사율과 낮은 흡수율을 보여주고, 낮은 투과율을 보여준다.Referring to the graph 610, it shows high reflectance and low absorbance at a wavelength of 1 μm, and low transmittance.

또한, 파장 1.5㎛에서 낮은 투과율과 낮은 흡수율을 보여주고, 높은 투과율을 보여주는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that it shows low transmittance and low absorbance at a wavelength of 1.5 μm, and shows high transmittance.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 반사층을 이루는 제1 반사층과 제2 반사층의 적층 수가 4층일 경우를 예시한다.7 illustrates a case in which the number of stacked layers of the first reflective layer and the second reflective layer constituting the selective reflective layer according to an embodiment of the present invention is four.

도 7을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(700)는 투명 기판(701), 제1 반사층(702), 제2 반사층(703) 및 선택적 방사층(704)으로 이루어진다. 여기서, 투명 기판(701)은 유리 기판으로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 7 , a transparent radiation cooling device 700 according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate 701, a first reflective layer 702, a second reflective layer 703, and a selective radiation layer 704. . Here, the transparent substrate 701 may be referred to as a glass substrate.

제1 반사층(702)은 a-Si:H로 형성되고, 63nm 및 71nm의 두께로 형성되고, 제2 반사층(703)은 SiO2로 형성되고, 174nm의 두께로 형성된다.The first reflective layer 702 is formed of a-Si:H and is formed to a thickness of 63 nm and 71 nm, and the second reflective layer 703 is formed of SiO 2 and is formed to a thickness of 174 nm.

그래프(710)는 투명 복사 냉각 소자(700)의 자외선 영역, 근적외선 영역 및 가시광 영역의 태양광에 해당하는 파장 범위에서 투과율(T), 반사율(R) 및 흡수율(A)을 예시한다.A graph 710 illustrates transmittance (T), reflectance (R), and absorptivity (A) in a wavelength range corresponding to sunlight in the ultraviolet region, near infrared region, and visible region of the transparent radiation cooling element 700 .

그래프(710)에서 f는 가시광 영역에서의 높은 투과율과 근적외선 영역에서의 높은 반사율을 위한 최적화 파라미터 값을 나타낼 수 있다.In the graph 710, f may indicate an optimization parameter value for high transmittance in the visible light region and high reflectance in the near infrared region.

그래프(710)를 참고하면, 파장 1㎛에서 높은 반사율과 낮은 흡수율을 보여주고, 낮은 투과율을 보여준다.Referring to the graph 710, it shows high reflectance and low absorbance at a wavelength of 1 μm, and low transmittance.

또한, 파장 1.5㎛에서 낮은 투과율과 낮은 흡수율을 보여주고, 높은 투과율을 보여주는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that it shows low transmittance and low absorbance at a wavelength of 1.5 μm, and shows high transmittance.

다만, 그래프(610)와 대비하였을 때 반사율은 낮고, 투과율을 유사하게 높을 수 있다.However, when compared to the graph 610, the reflectance may be low and the transmittance may be similarly high.

즉, 적층 수가 감소하면 반사율이 감소할 수 있다.That is, if the number of stacked layers decreases, the reflectance may decrease.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 반사층을 이루는 제1 반사층과 제2 반사층의 적층 수가 3층일 경우를 예시한다.8 illustrates a case in which the number of stacked layers of the first reflective layer and the second reflective layer constituting the selective reflective layer according to an embodiment of the present invention is three.

도 8을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(800)는 투명 기판(801), 제1 반사층(802), 제2 반사층(803) 및 선택적 방사층(804)으로 이루어진다. 여기서, 투명 기판(801)은 유리 기판으로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 8 , a transparent radiation cooling device 800 according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate 801, a first reflective layer 802, a second reflective layer 803, and a selective emission layer 804. . Here, the transparent substrate 801 may be referred to as a glass substrate.

제1 반사층(802)은 a-Si:H로 형성되고, 63nm 및 71nm의 두께로 형성되고, 제2 반사층(803)은 SiO2로 형성되고, 174nm의 두께로 형성된다.The first reflective layer 802 is formed of a-Si:H and is formed to a thickness of 63 nm and 71 nm, and the second reflective layer 803 is formed of SiO 2 and is formed to a thickness of 174 nm.

그래프(810)는 투명 복사 냉각 소자(800)의 자외선 영역, 근적외선 영역 및 가시광 영역의 태양광에 해당하는 파장 범위에서 투과율(T), 반사율(R) 및 흡수율(A)을 예시한다.A graph 810 illustrates transmittance (T), reflectance (R), and absorptivity (A) in a wavelength range corresponding to sunlight in the ultraviolet region, near infrared region, and visible region of the transparent radiation cooling element 800 .

그래프(810)에서 f는 가시광 영역에서의 높은 투과율과 근적외선 영역에서의 높은 반사율을 위한 최적화 파라미터 값을 나타낼 수 있다.In the graph 810, f may indicate an optimization parameter value for high transmittance in the visible light region and high reflectance in the near infrared region.

그래프(810)를 참고하면, 파장 1㎛에서 높은 반사율과 낮은 흡수율을 보여주고, 낮은 투과율을 보여준다.Referring to the graph 810, it shows high reflectance and low absorbance at a wavelength of 1 μm, and low transmittance.

또한, 파장 1.5㎛에서 낮은 투과율과 낮은 흡수율을 보여주고, 높은 투과율을 보여주는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that it shows low transmittance and low absorbance at a wavelength of 1.5 μm, and shows high transmittance.

다만, 그래프(610)와 대비하였을 때 반사율은 낮고, 투과율은 낮을 수 있다.However, when compared with the graph 610, the reflectance may be low and the transmittance may be low.

즉, 적층 수가 감소하면 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광에 대한 반사율이 감소하고, 가시광 영역의 태양광에 대한 투과율도 감소할 수 있다.That is, when the number of stacked layers decreases, reflectance for sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions may decrease, and transmittance for sunlight in the visible region may also decrease.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 반사층을 이루는 제1 반사층과 제2 반사층의 적층 수가 2층일 경우를 예시한다.9 illustrates a case in which the number of stacked layers of the first reflective layer and the second reflective layer constituting the selective reflective layer according to an embodiment of the present invention is two.

도 9를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(900)는 투명 기판(901), 제1 반사층(902), 제2 반사층(903) 및 선택적 방사층(904)으로 이루어진다. 여기서, 투명 기판(901)은 유리 기판으로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 9 , a transparent radiation cooling device 900 according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate 901, a first reflective layer 902, a second reflective layer 903, and a selective emission layer 904. . Here, the transparent substrate 901 may be referred to as a glass substrate.

제1 반사층(902)은 a-Si:H로 형성되고, 71nm의 두께로 형성되고, 제2 반사층(903)은 SiO2로 형성되고, 174nm의 두께로 형성된다.The first reflective layer 902 is formed of a-Si:H and is formed to a thickness of 71 nm, and the second reflective layer 903 is formed of SiO 2 and is formed to a thickness of 174 nm.

그래프(910)는 투명 복사 냉각 소자(900)의 자외선 영역, 근적외선 영역 및 가시광 영역의 태양광에 해당하는 파장 범위에서 투과율(T), 반사율(R) 및 흡수율(A)을 예시한다.A graph 910 illustrates transmittance (T), reflectance (R), and absorptivity (A) in a wavelength range corresponding to sunlight in the ultraviolet region, near infrared region, and visible region of the transparent radiation cooling element 900 .

그래프(910)에서 f는 가시광 영역에서의 높은 투과율과 근적외선 영역에서의 높은 반사율을 위한 최적화 파라미터 값을 나타낼 수 있다.In the graph 910, f may indicate an optimization parameter value for high transmittance in the visible light region and high reflectance in the near infrared region.

그래프(910)를 참고하면, 파장 1㎛에서 높은 반사율과 낮은 흡수율을 보여주고, 낮은 투과율을 보여준다.Referring to the graph 910, it shows high reflectance and low absorbance at a wavelength of 1 μm, and low transmittance.

또한, 파장 1.5㎛에서 낮은 투과율과 낮은 흡수율을 보여주고, 높은 투과율을 보여주는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that it shows low transmittance and low absorbance at a wavelength of 1.5 μm, and shows high transmittance.

다만, 그래프(610)와 대비하였을 때 반사율은 낮고, 투과율은 낮을 수 있다.However, when compared with the graph 610, the reflectance may be low and the transmittance may be low.

즉, 적층 수가 감소하면 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광에 대한 반사율이 감소하고, 가시광 영역의 태양광에 대한 투과율도 감소할 수 있다.That is, when the number of stacked layers decreases, reflectance for sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions may decrease, and transmittance for sunlight in the visible region may also decrease.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 반사층을 이루는 제1 반사층과 제2 반사층의 적층 수가 1층일 경우를 예시한다.10 illustrates a case in which the number of stacked layers of the first reflective layer and the second reflective layer constituting the selective reflective layer according to an embodiment of the present invention is one.

도 10을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(1000)는 투명 기판(1001), 제1 반사층(1002) 및 선택적 방사층(1003)으로 이루어진다. 여기서, 투명 기판(1001)은 유리 기판으로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 10 , a transparent radiation cooling device 1000 according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate 1001 , a first reflection layer 1002 and a selective emission layer 1003 . Here, the transparent substrate 1001 may be referred to as a glass substrate.

제1 반사층(1002)은 a-Si:H로 형성되고, 71nm의 두께로 형성된다.The first reflective layer 1002 is formed of a-Si:H and has a thickness of 71 nm.

그래프(1010)는 투명 복사 냉각 소자(1000)의 자외선 영역, 근적외선 영역 및 가시광 영역의 태양광에 해당하는 파장 범위에서 투과율(T), 반사율(R) 및 흡수율(A)을 예시한다.A graph 1010 illustrates transmittance (T), reflectance (R), and absorptivity (A) in a wavelength range corresponding to sunlight in the ultraviolet region, near infrared region, and visible region of the transparent radiation cooling element 1000 .

그래프(1010)에서 f는 가시광 영역에서의 높은 투과율과 근적외선 영역에서의 높은 반사율을 위한 최적화 파라미터 값을 나타낼 수 있다.In the graph 1010, f may indicate an optimization parameter value for high transmittance in the visible light region and high reflectance in the near infrared region.

그래프(1010)를 참고하면, 상대적으로 반사율은 낮고, 투과율은 낮을 수 있다.Referring to the graph 1010, the reflectance may be relatively low and the transmittance may be low.

즉, 적층 수가 감소하면 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광에 대한 반사율이 감소하고, 가시광 영역의 태양광에 대한 투과율도 감소할 수 있다.That is, when the number of stacked layers decreases, reflectance for sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions may decrease, and transmittance for sunlight in the visible region may also decrease.

도 6 내지 도 10을 참고하면, 선택적 반사층을 형성하는 제1 반사층과 제2 반사층의 층수가 줄어들면 근적외선에서의 반사율이 줄어들어 냉각 효과가 감소할 수 있고, 반대로 층수가 늘어나면 a-Si:H에 기반하여 손실이 증가함에 따라 가시광 영역의 태양광에 대한 투과율이 낮아질 수 있다.Referring to FIGS. 6 to 10 , when the number of layers of the first and second reflective layers forming the selective reflective layer is reduced, the reflectance in the near-infrared light is reduced and the cooling effect may be reduced. Conversely, when the number of layers is increased, a-Si:H As the loss increases based on , the transmittance of sunlight in the visible light region may decrease.

따라서, 본 발명은 다층박막 구조를 이용한 선택적 반사층에 기반하여 열 유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 적외선을 흡수 및 방사하여 복사 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can improve radiant cooling performance by absorbing and emitting infrared rays corresponding to a wavelength range of a window in the atmosphere while minimizing heat inflow based on a selective reflection layer using a multilayer thin film structure.

바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 선택적 반사층은 5층 구조로 형성될 수 있다.Preferably, the selective reflection layer of the transparent radiation cooling element according to an embodiment of the present invention may be formed in a five-layer structure.

도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 결과를 설명한다.11A to 11C explain radiation cooling test results using a transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.

도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경을 예시한다.11A illustrates a radiant cooling experimental environment using a transparent radiant cooling device according to one embodiment of the present invention.

도 11a를 참고하면, 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경(1100)은 나무 프레임(1101) 사이에 아크릴 박스(1102)가 위치하고, 아크릴 박스(1102) 내 흡수 챔버(1103)가 위치하고, 흡수 챔버(1103) 상에 투명 복사 냉각 소자의 샘플(1104)이 위치하고, PE(polyethylene) 필름(1105)이 위치한다.Referring to FIG. 11A , in a radiation cooling experiment environment 1100 using a transparent radiation cooling element, an acrylic box 1102 is located between wooden frames 1101, an absorption chamber 1103 is located in the acrylic box 1102, and an absorption chamber 1103 is located. A sample 1104 of a transparent radiation cooling element is placed on the chamber 1103, and a PE (polyethylene) film 1105 is placed.

투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경(1100)은 주변 온도(Tamb), 챔버 내 온도(Tchamber) 및 흡수 챔버(1103) 내의 온도(Tcooler)를 측정할 수 있다.The radiation cooling experiment environment 1100 using the transparent radiation cooling element may measure the ambient temperature (T amb ), the temperature in the chamber (T chamber ), and the temperature (Tc ooler ) in the absorption chamber 1103 .

도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경에 기반한 실험 결과에 대한 적외선 이미지를 예시한다.11B illustrates an infrared image of an experimental result based on a radiation cooling experimental environment using a transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.

도 11b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(1110), 비교 대상(1111), 실온(1112)에 대한 적외선 이미지를 나타내다.Referring to FIG. 11B , infrared images of a transparent radiation cooling device 1110 , a comparison object 1111 , and a room temperature 1112 according to an embodiment of the present invention are shown.

투명 복사 냉각 소자(1110)는 40.5℃를 나타내고, 비교 대상(1111)은 47.3℃를 나타내며, 실온은 50.9℃를 나타낼 수 있다.The transparent radiation cooling element 1110 represents 40.5°C, the comparison object 1111 represents 47.3°C, and room temperature may represent 50.9°C.

여기서, 비교 대상(1111)은 투명 기판 상에 선택적 방사층만을 형성한 경우에 해당할 수 있다.Here, the comparison object 1111 may correspond to a case in which only a selective emission layer is formed on a transparent substrate.

즉, 투명 복사 냉각 소자(1110)가 다른 비교 대상에 비하여 냉각하는 온도가 큼을 확인할 수 잇다.That is, it can be confirmed that the cooling temperature of the transparent radiation cooling element 1110 is greater than that of other comparison objects.

도 11c는 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경의 시간 변화별 복사 냉각 능 변화를 예시한다.FIG. 11C illustrates a radiation cooling capacity change according to a time change in a radiation cooling experimental environment using a transparent radiation cooling device.

도 11c를 참고하면, 그래프(1120)는 낮 시간 동안에 투명 복사 냉각 소자(Tcooler)가 비교 대상(Tref)에 대비하여 냉각 성능이 우수함을 예시한다.Referring to FIG. 11C , a graph 1120 illustrates that the transparent radiation cooling element T cooler has excellent cooling performance compared to the comparison target T ref during daytime.

도 11d는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자의 이미지를 설명한다.11D illustrates an image of a transparent radiant cooling element according to one embodiment of the present invention.

도 11d를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(1130)는 투명하여 반대측에 위치하는 이미지가 뚜렷하게 확인될 정도의 투명성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11D , it can be confirmed that the transparent radiation cooling element 1130 according to an embodiment of the present invention is transparent and has transparency enough to clearly identify an image located on the opposite side.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자에 색상층을 추가한 실시예를 설명한다.12A and 12B illustrate an embodiment in which a color layer is added to a transparent radiation cooling element according to an embodiment of the present invention.

도 12a를 참고하면, 색상층이 추가된 투명 복사 냉각 소자(1200)는 투명 기판(1201), 색상층(1202) 및 투명 복사 냉각 소자(1203)를 포함한다.Referring to FIG. 12A , a transparent radiation cooling element 1200 to which a color layer is added includes a transparent substrate 1201, a color layer 1202, and a transparent radiation cooling element 1203.

즉, 투명 복사 냉각 소자(1200)는 선택적 반사층의 하단에 위치하는 투명 기판(1201)의 다른 일 측면에서 색상 페인트의 종류에 따라 색상을 구현하는 색상층(1202)을 더 포함할 수 있다.That is, the transparent radiation cooling element 1200 may further include a color layer 1202 that implements colors according to the type of color paint on the other side of the transparent substrate 1201 positioned below the selective reflection layer.

본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(1200)는 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 근적외선 영역의 태양광은 반사하며, 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 적외선은 흡수 및 방사한다.The transparent radiation cooling device 1200 according to an embodiment of the present invention transmits sunlight in the visible light region, reflects sunlight in the near infrared region, and absorbs and emits infrared rays corresponding to the wavelength range of the atmospheric window.

이에 따라, 투명 복사 냉각 소자(1200)는 기존 상용화된 페인트를 함께 이용하여 심미적 향상을 가질 수 있고, 근적외선 영역의 태양광을 반사하면서 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 적외선을 흡수 및 방사할 수 있다.Accordingly, the transparent radiation cooling device 1200 can have aesthetic improvement by using existing commercially available paint together, and can absorb and emit infrared rays corresponding to the wavelength range of a window in the atmosphere while reflecting sunlight in the near-infrared region. .

도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자가 색상층에 기반하여 구현한 색상들(1210)을 예시한다.12B illustrates colors 1210 implemented based on a color layer in a transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.

도 12b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자는 투명 기판의 하부에 위치하는 색상층의 색상에 대응하는 색상을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 색상층은 페인트층으로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 12B , the transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention may display a color corresponding to a color of a color layer positioned below a transparent substrate. For example, the color layer may be referred to as a paint layer.

도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일실시예에 따라 색상층이 추가된 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 결과를 설명한다.13A to 13C illustrate radiation cooling test results using a transparent radiation cooling element to which a color layer is added according to an embodiment of the present invention.

도 13a는 본 발명의 일실시예에 따른 색상층이 추가된 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경을 예시한다.13A illustrates a radiant cooling experiment environment using a transparent radiant cooling device to which a color layer is added according to an embodiment of the present invention.

도 13a를 참고하면, 색상층이 추가된 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경(1300)은 나무 프레임(1301) 사이에 아크릴 박스(1302)가 위치하고, 아크릴 박스(1302) 내 투명 복사 냉각 소자의 샘플(1303)이 위치하고, PE(polyethylene) 필름(1304)이 위치한다. 여기서, 투명 복사 냉각 소자의 샘플(1303)에 표면 온도를 측정하기 위한 측정 포인트(1305)가 추가적으로 포함된다.Referring to FIG. 13A, in a radiation cooling experiment environment 1300 using a transparent radiation cooling element to which a color layer is added, an acrylic box 1302 is placed between wooden frames 1301, and a transparent radiation cooling element within the acrylic box 1302. A sample 1303 of is positioned, and a polyethylene (PE) film 1304 is positioned. Here, a measuring point 1305 for measuring the surface temperature is additionally included in the sample 1303 of the transparent radiation cooling element.

투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경(1300)은 챔버 내 온도(Tchamber) 및 주변 온도(Tamb)를 측정할 수 있다.The radiation cooling experiment environment 1300 using the transparent radiation cooling element may measure the temperature in the chamber (T chamber ) and the ambient temperature (Tamb).

도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경에 기반한 실험 결과에 대한 적외선 이미지를 예시한다.13B illustrates an infrared image of an experimental result based on a radiation cooling experimental environment using a transparent radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.

도 13b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투명 복사 냉각 소자(1310), 비교 대상(1311)에 대한 적외선 이미지를 나타내다.Referring to FIG. 13B , an infrared image of a transparent radiation cooling element 1310 and a comparison object 1311 according to an embodiment of the present invention is shown.

투명 복사 냉각 소자(1310)는 37.9℃를 나타내고, 비교 대상(1311)은 43.6℃를 나타낸다.Transparent radiation cooling element 1310 exhibits 37.9°C and comparison object 1311 exhibits 43.6°C.

여기서, 비교 대상(1311)은 투명 기판 상에 선택적 방사층만을 형성한 경우에 해당할 수 있다.Here, the comparison target 1311 may correspond to a case in which only a selective emission layer is formed on a transparent substrate.

즉, 투명 복사 냉각 소자(1310)가 비교 대상(1311)에 비하여 냉각하는 온도가 큼을 확인할 수 잇다.That is, it can be confirmed that the cooling temperature of the transparent radiation cooling element 1310 is higher than that of the comparison object 1311 .

도 13c는 투명 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 환경의 시간 변화별 복사 냉각 능 변화를 예시한다.FIG. 13C illustrates a change in radiation cooling capacity with time in a radiation cooling experimental environment using a transparent radiation cooling device.

도 13c를 참고하면, 그래프(1320)는 낮 시간 동안에, 투명 복사 냉각 소자(Tcooler)가 비교 대상(Tref)에 대비하여 냉각 성능이 우수함을 예시한다.Referring to FIG. 13C , a graph 1320 illustrates that the transparent radiation cooling element T cooler has excellent cooling performance compared to the comparison target T ref , during daytime.

따라서, 본 발명은 투명 복사 냉각 소자에 기존 상용화된 페인트를 함께 이용하여 심미적 향상을 제공하면서도 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공하는 투명 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide a transparent radiation cooling element that provides a cooling function without consuming energy while providing aesthetic improvement by using a commercially available paint together with a transparent radiation cooling element.

상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, components included in the invention are expressed in singular or plural numbers 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, singular or plural expressions are selected appropriately for the presented situation for convenience of explanation, and the above-described embodiments are not limited to singular or plural components, and even components expressed in plural are composed of a singular number or , Even components expressed in the singular can be composed of 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.Meanwhile, in the description of the invention, specific embodiments have been described, but 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 and should not be defined, but should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.

200: 투명 복사 냉각 소자
210: 투명 기판 220: 선택적 반사층
221: 제1 반사층 222: 제2 반사층
230: 선택적 방사층
200: transparent radiation cooling element
210: transparent substrate 220: selective reflection layer
221: first reflective layer 222: second reflective layer
230: selective radiation layer

Claims (12)

제1 투명 복사 냉각 물질로 이루어진 제1 반사층과 제2 투명 복사 냉각 물질로 이루어진 제2 반사층이 반복적으로 적층된 다층 구조에 기반하여 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광 중 적어도 하나를 반사하는 선택적 반사층; 및
고분자 물질로 이루어져 상기 태양광의 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서의 적외선을 흡수 및 방사하는 선택적 방사층을 포함하고,
상기 제1 투명 복사 냉각 물질은 a-Si:H를 포함하며,
상기 제2 투명 복사 냉각 물질은 SiO2, Al2O3, MgF2 및 Si3N4 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 선택적 반사층은 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광에 대하여 상기 제1 투명 복사 냉각 물질의 굴절률이 상기 제2 투명 복사 냉각 물질의 굴절률보다 높음에 따라 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 간의 굴절률 차이가 존재함에 따라 상기 굴절률 차이에 기반하여 상기 가시광 영역의 태양광은 투과하고, 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광 중 적어도 하나를 반사하는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
Based on a multilayer structure in which a first reflective layer made of a first transparent radiant cooling material and a second reflective layer made of a second transparent radiant cooling material are repeatedly stacked, sunlight in the visible light region is transmitted, and sunlight in the ultraviolet and near-infrared region is transmitted. a selective reflective layer that reflects at least one of; and
A selective emission layer made of a polymer material that absorbs and emits infrared rays in a wavelength range corresponding to the sky window of the sunlight,
the first transparent radiant cooling material comprises a-Si:H;
the second transparent radiant cooling material comprises at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , MgF 2 and Si 3 N 4 ;
The refractive index of the selective reflective layer is different between the first reflective layer and the second reflective layer when the refractive index of the first transparent radiation-cooling material is higher than the refractive index of the second transparent radiation-cooling material with respect to sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions. Characterized in that based on the refractive index difference, sunlight in the visible light region is transmitted and at least one of sunlight in the ultraviolet region and the near infrared region is reflected according to the presence of
Transparent radiant cooling element.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 선택적 반사층은 상기 제1 투명 복사 냉각 물질과 상기 제2 투명 복사 냉각 물질의 굴절률 차이가 증가할 수 록, 상기 가시광 영역의 태양광의 투과율 및 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율이 증가되는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
According to claim 1,
In the selective reflection layer, as the refractive index difference between the first transparent radiation-cooling material and the second transparent radiation-cooling material increases, the transmittance of sunlight in the visible region and the reflectance of sunlight in the ultraviolet and near-infrared regions increase. characterized
Transparent radiant cooling element.
제1항에 있어서,
상기 선택적 반사층은 상기 제1 반사층 상에 상기 제2 반사층이 형성되고, 상기 제2 반사층 상에 상기 제1 반사층이 형성되는 교차 구조로, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층이 1층 내지 5층을 이루는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
According to claim 1,
The selective reflective layer has a cross structure in which the second reflective layer is formed on the first reflective layer and the first reflective layer is formed on the second reflective layer, and the first reflective layer and the second reflective layer are one to five layers. characterized in that
Transparent radiant cooling element.
제4항에 있어서,
상기 선택적 반사층은 상기 1층 내지 5층으로 형성됨에 층 수가 증가되는 경우, 상기 가시광 영역의 태양광의 투과율이 감소하고, 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율이 증가되며, 층 수가 감소되는 경우 상기 가시광 영역의 태양광의 투과율이 증가하고, 상기 자외선 영역 및 근적외선 영역의 태양광의 반사율은 감소하는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
According to claim 4,
Since the selective reflective layer is formed of the first to fifth layers, when the number of layers increases, transmittance of sunlight in the visible light region decreases, reflectance of sunlight in the ultraviolet and near infrared regions increases, and when the number of layers decreases, the transmittance of sunlight in the ultraviolet region and the near infrared region increases. Characterized in that the transmittance of sunlight in the visible light region increases and the reflectance of sunlight in the ultraviolet and near infrared regions decreases.
Transparent radiant cooling element.
제1항에 있어서,
상기 제1 반사층의 두께는 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층의 적층 수와 관련하여 63 nm 내지 71 nm로 형성되고,
상기 제2 반사층의 두께는 174 nm로 형성되는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
According to claim 1,
The thickness of the first reflective layer is formed to be 63 nm to 71 nm in relation to the number of layers of the first reflective layer and the second reflective layer,
Characterized in that the thickness of the second reflective layer is formed to 174 nm
Transparent radiant cooling element.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 선택적 방사층은 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane, PDMS)을 포함하는 상기 고분자 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
According to claim 1,
Characterized in that the selective emission layer is formed of the polymer material including polydimethyl siloxane (PDMS)
Transparent radiant cooling element.
제9항에 있어서,
상기 선택적 방사층의 두께는 50㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
According to claim 9,
Characterized in that the thickness of the selective emission layer is formed to 50㎛
Transparent radiant cooling element.
제1항에 있어서,
상기 선택적 반사층의 하단에 위치하는 투명 기판의 다른 일 측면에서 색상 페인트의 종류에 따라 색상을 구현하는 색상층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
According to claim 1,
Characterized in that it further comprises a color layer for implementing colors according to the type of color paint on the other side of the transparent substrate located at the bottom of the selective reflection layer.
Transparent radiant cooling element.
제11항에 있어서,
상기 선택적 반사층은 상기 투명 기판과 상기 선택적 방사층의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는
투명 복사 냉각 소자.
According to claim 11,
The selective reflection layer is characterized in that located between the transparent substrate and the selective emission layer
Transparent radiant cooling element.
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