KR102559424B1 - Temperature responsive phase-transition cooling device - Google Patents

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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 온도 반응형 상전이 냉각소자에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 특정 파장영역대역의 빛을 반사할 수 있는 반사부층; 상기 반사부층의 하측에 제공되는 스페이서층; 및 상기 스페이서층의 하측에 제공되고, 기 설정된 온도 이상에서만 열을 방출하는 방출부층을 포함하는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.The present invention relates to a temperature-responsive phase-transition cooling device.
According to one aspect of the present invention, a reflector layer capable of reflecting light in a specific wavelength range; a spacer layer provided below the reflection layer; and a temperature-responsive phase-transition cooling device provided below the spacer layer and including a release portion layer that emits heat only at or above a predetermined temperature.

Description

온도 반응형 상전이 냉각소자{Temperature responsive phase-transition cooling device}Temperature responsive phase-transition cooling device

본 발명은 온도 반응형 상전이 냉각소자에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature-responsive phase-transition cooling device.

온도가 한정된 모든 물체는 열 복사(thermal radiation)에 의해 열을 방출한다. 물체가 주변에서 흡수하는 것보다 많은 에너지를 방출하면 냉각이 발생한다. Any object with a finite temperature emits heat by thermal radiation. Cooling occurs when an object radiates more energy than it absorbs from its surroundings.

복사 냉각소재는 에너지 소모 없이, 소재 자체의 특성만을 이용하여 소자의 온도를 낮추는 물질로 이해될 수 있다. 이러한 냉각 특성은 일반적으로 외기 온도에 관계없이 나타나기 때문에 난방이 필요한 겨울철에는 오히려 단점이 되기도 한다. A radiant cooling material may be understood as a material that lowers the temperature of a device using only the properties of the material itself without consuming energy. Since this cooling characteristic generally appears regardless of the outside temperature, it is rather a disadvantage in winter when heating is required.

기존의 냉각소재는 외기 온도에 관계없이 냉방 특성만을 제공하므로, 주변부 온도가 낮아 난방이 필요한 시기에 단점으로 작용한다 Existing cooling materials provide only cooling characteristics regardless of the outside air temperature, which acts as a disadvantage when heating is needed due to low ambient temperature.

본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 특정 온도 이상일 경우에만 냉각 특성이 나타나고, 특정 온도 미만일 경우에는 냉각 특성이 사라지는 온도 반응형 상전이 냉각소자를 제공하고자 한다. Embodiments of the present invention have been proposed to solve the above problems, and to provide a temperature-responsive phase-transition cooling device in which cooling characteristics appear only when the temperature is higher than a specific temperature and disappear when the cooling characteristics are lower than the specific temperature.

또한, 여름철은 시원하고 겨울철은 따뜻하게 실내온도를 유지시킬 수 있는 온도 반응형 상전이 냉각소자를 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a temperature-responsive phase-transition cooling device capable of maintaining an indoor temperature cool in summer and warm in winter.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 파장영역대역의 빛을 반사할 수 있는 반사부층; 상기 반사부층의 하측에 제공되는 스페이서층; 및 상기 스페이서층의 하측에 제공되고, 기 설정된 온도 이상에서만 열을 방출하는 방출부층을 포함하는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the reflector layer capable of reflecting light in a specific wavelength range; a spacer layer provided below the reflection layer; and a temperature-responsive phase-transition cooling device provided below the spacer layer and including a release portion layer that emits heat only at or above a predetermined temperature.

또한, 상기 방출부층은, 기 설정된 온도 미만에서는 비금속으로 제공되고, 기 설정된 온도 이상에서는 금속으로 상전이하는 산화바나듐이 제공되는 상전이층; 상기 상전이층의 하측에 제공되는 비금속층; 및 상기 비금속층의 하측에 제공되는 금속층을 포함하는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the emission layer may include a phase change layer provided with vanadium oxide, which is provided as a non-metal below a predetermined temperature and undergoes phase transition to a metal above a predetermined temperature; a non-metal layer provided below the phase change layer; And a temperature-responsive phase-transition cooling device including a metal layer provided below the non-metal layer may be provided.

또한, 상기 산화바나듐에는 몰리브덴, 텅스텐 및 오스트론튬 중 적어도 하나의 물질이 도핑(doping)되어 있는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, a temperature-responsive phase-transition cooling element in which at least one of molybdenum, tungsten, and austrontium is doped into the vanadium oxide may be provided.

또한, 상기 반사부층은 자외선에서 근적외선 영역대역의 빛을 차단하고, 상기 방출부층은 8um 내지 13um 파장영역의 빛을 선택적으로 방사하하도록 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, a temperature-responsive phase-transition cooling element may be provided in which the reflective layer blocks light in the ultraviolet to near-infrared region, and the emission layer selectively radiates light in a wavelength range of 8 μm to 13 μm.

또한, 상기 기 설정된 온도 이상에서 상기 방출부층은, 금속으로 제공되는 상전이층- 비금속으로 제공되는 비금속층-금속으로 제공되는 금속층으로 적층된 구조를 나타내고, 상기 기 설정된 온도 미만에서는 방출부층은, 비금속으로 제공되는 상전이층-비금속으로 제공되는 비금속층-금속으로 제공되는 금속층으로 적층된 구조를 나타내는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, above the predetermined temperature, the emission layer exhibits a stacked structure of a phase change layer provided with a metal, a non-metal layer provided with a non-metal, and a metal layer provided with a metal, and below the predetermined temperature, the emission layer exhibits a stacked structure of a phase change layer provided with a non-metal, a non-metal layer provided with a non-metal, and a metal layer provided with a metal. A temperature responsive phase change cooling device may be provided.

또한, 상기 기 설정된 온도는 20°C 내지 30°C로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the preset temperature may be provided with a temperature-responsive phase-transition cooling element provided at 20 ° C to 30 ° C.

또한, 상기 비금속층은 실리콘으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the non-metal layer may be provided with a temperature-responsive phase-transition cooling element provided with silicon.

또한, 상기 금속층은 은으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the metal layer may be provided with a temperature-responsive phase-transition cooling element provided with silver.

또한, 상기 상전이층의 두께는 8nm 내지 12nm으로 제공되고, 상기 비금속층의 두께는 600nm 내지 800nm으로 제공되고, 상기 금속층의 두께는 150nm 내지 250nm으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the thickness of the phase change layer is provided in 8 nm to 12 nm, the thickness of the non-metal layer is provided in 600 nm to 800 nm, and the thickness of the metal layer is provided in 150 nm to 250 nm. A temperature responsive phase change cooling element may be provided.

또한, 상기 반사부층은 서로 다른 파장영역대역의 빛을 반사할 수 있는 복수 개의 반사부를 포함하는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, a temperature-responsive phase-transition cooling device may be provided in which the reflector layer includes a plurality of reflectors capable of reflecting light of different wavelength bands.

또한, 상기 반사부는, 제1 파장의 빛을 반사할 수 있는 제1 반사부; 상기 제1 반사부의 하측에 제공되고, 제2 파장의 빛을 반사할 수 있는 제2 반사부; 및 상기 제2 반사부의 하측에 제공되고, 제3 파장의 빛을 반사할 수 있는 제3 반사부를 포함하는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the reflector may include a first reflector capable of reflecting light of a first wavelength; a second reflector provided below the first reflector and capable of reflecting light of a second wavelength; and a third reflector provided below the second reflector and capable of reflecting light of a third wavelength.

또한, 상기 제1 파장은 0.52um이고, 상기 제2 파장은 0.76um이고, 상기 제3 파장은 1.18um인 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the first wavelength is 0.52um, the second wavelength is 0.76um, the third wavelength is 1.18um may be provided with a temperature-responsive phase-transition cooling element.

또한, 각각의 상기 반사부는, 실리콘층과 PMMA층이 교대로 적층되어 있는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, each of the reflectors may be provided with a temperature-responsive phase-transition cooling element in which a silicon layer and a PMMA layer are alternately stacked.

또한, 상기 제1 반사부는 서로 교대로 적층되어 있는 실리콘층과 PMMA층을 포함하고, 상기 실리콘층의 두께는 제1 파장/4n1로 제공되고, 상기 PMMA층의 두께는 제1 파장/4n2로 제공되고, 상기 n1은 실리콘의 굴절률, 상기 n2는 PMMA의 굴절률인 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the first reflector includes a silicon layer and a PMMA layer that are alternately stacked with each other, the thickness of the silicon layer is provided as a first wavelength / 4n1, and the thickness of the PMMA layer is provided as a first wavelength / 4n2, wherein n1 is the refractive index of silicon, and n2 is the refractive index of PMMA.

또한, 상기 제2 반사부는 서로 교대로 적층되어 있는 실리콘층과 PMMA층을 포함하고, 상기 실리콘층의 두께는 제1 파장/4n1로 제공되고, 상기 PMMA층의 두께는 제1 파장/4n2로 제공되고, 상기 n1은 실리콘의 굴절률, 상기 n2는 PMMA의 굴절률인 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the second reflector includes a silicon layer and a PMMA layer that are alternately stacked with each other, the thickness of the silicon layer is provided as a first wavelength / 4n1, and the thickness of the PMMA layer is provided as a first wavelength / 4n2, wherein n1 is the refractive index of silicon, and n2 is the refractive index of PMMA. A temperature responsive phase change cooling element may be provided.

또한, 상기 제3 반사부는 서로 교대로 적층되어 있는 실리콘층과 PMMA층을 포함하고, 상기 실리콘층의 두께는 제1 파장/4n1로 제공되고, 상기 PMMA층의 두께는 제1 파장/4n2로 제공되고, 상기 n1은 실리콘의 굴절률, 상기 n2는 PMMA의 굴절률인 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the third reflector includes a silicon layer and a PMMA layer that are alternately stacked with each other, the thickness of the silicon layer is provided as a first wavelength / 4n1, and the thickness of the PMMA layer is provided as a first wavelength / 4n2, wherein n1 is the refractive index of silicon, and n2 is the refractive index of PMMA.

또한, 상기 스페이서층은 PMMA로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the spacer layer may be provided with a temperature-responsive phase-transition cooling element provided with PMMA.

또한, 상기 스페이서층의 두께는 200nm 내지 400nm 으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다.In addition, the thickness of the spacer layer may be provided in a temperature-responsive phase-transition cooling device provided in a range of 200 nm to 400 nm.

또한, 특정 파장영역대역은 자외선(UV) 영역 내지 근적외선(NIR) 영역으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자가 제공될 수 있다. In addition, a temperature-responsive phase-transition cooling element provided in a specific wavelength range from an ultraviolet (UV) region to a near infrared (NIR) region may be provided.

본 발명의 실시예들에 따른 온도 반응형 상전이 냉각소자는 특정 온도 이상일 경우에만 냉각 특성이 나타나고, 특정 온도 미만일 경우에는 냉각 특성이 사라지는 효과가 있다. The temperature-responsive phase-transition cooling device according to embodiments of the present invention exhibits cooling characteristics only when the temperature is higher than a specific temperature, and disappears when the temperature is lower than the specific temperature.

또한, 여름철은 시원하고 겨울철은 따뜻하게 실내온도를 유지시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, it has the advantage of being able to keep the indoor temperature cool in summer and warm in winter.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 단면을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 방출부층(30)에 입사하는 빛의 파장에 따른 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다.
도 4는 빛의 파장에 따른 반사부층(10)의 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)에 입사하는 빛의 파장에 따른 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다.1 is a diagram conceptually showing a temperature-responsive phase-transition cooling device 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view conceptually showing a cross section of the temperature responsive phase-transition cooling element 1 of FIG. 1 .
FIG. 3 is a graph showing absorbance and reflectivity according to wavelengths of light incident on the emission layer 30 of the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 of FIG. 1 .
4 is a graph showing absorbance and reflectivity of the reflector layer 10 according to the wavelength of light.
FIG. 5 is a graph showing absorbance and reflectivity according to wavelengths of light incident on the temperature-responsive phase-transition cooling element 1 of FIG. 1 .

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)를 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 단면을 개념적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 방출부층(30)에 입사하는 빛의 파장에 따른 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이고, 도 4는 빛의 파장에 따른 반사부층(10)의 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이며, 도 5는 도 1의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)에 입사하는 빛의 파장에 따른 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다.1 is a view conceptually showing a temperature responsive phase transfer cooling element 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view conceptually showing a cross section of the temperature responsive phase transfer cooling element 1 of FIG. A graph showing the absorbance and reflectivity of the reflector layer 10 according to the wavelength of light, and FIG. 5 is a graph showing the absorbance and reflectivity according to the wavelength of light incident on the temperature responsive phase transition cooling element 1 of FIG. 1.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)는 특정 파장영역대역의 빛을 반사할 수 있는 반사부층(10); 반사부층(10)의 하측에 제공되는 스페이서층(20); 및 스페이서층(20)의 하측에 제공되고, 기 설정된 온도 이상에서만 열을 방출하는 방출부층(30)을 포함할 수 있다. 1 to 5, the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 according to an embodiment of the present invention includes a reflection layer 10 capable of reflecting light in a specific wavelength range; a spacer layer 20 provided below the reflection layer 10; and a release portion layer 30 provided below the spacer layer 20 and dissipating heat only at or above a predetermined temperature.

본 실시예의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)는 다층박막으로 제공되는 반사부층(10) 및, 기 설정된 온도 이상에서는 금속-비금속-금속 구조를 갖고 기 설정된 온도 미만에서는 금속-비금속-비금속 구조를 갖는 방출부층(30)을 포함할 수 있다.The temperature-responsive phase-transition cooling device 1 of the present embodiment may include a reflector layer 10 provided as a multilayer thin film, and an emission sublayer 30 having a metal-non-metal-metal structure above a predetermined temperature and a metal-non-metal-non-metal structure below a predetermined temperature.

이와 같은 구조에 의해 태양광 스펙트럼 영역에서는 반사율을 높여 외부에서의 열 유입을 최소화하면서도, 8um 내지 13 um 파장 영역에서는 온도에 따른 방사율을 구현하여 온도에 따른 스마트 냉각 특성을 구현할 수 있다. With this structure, while minimizing heat inflow from the outside by increasing reflectance in the solar spectrum region, smart cooling characteristics according to temperature can be implemented by implementing emissivity according to temperature in the 8um to 13um wavelength region.

여기서, 방출부층(30)은 온도에 따른 상전이 물질(phase change material)인 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)을 포함할 수 있다. 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)을 이용함으로써 본 실시예의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)는 기 설정된 온도 이상일 경우에만 냉각 특성이 나타나고, 기 설정된 온도 미만일 경우에는 냉각 특성이 사라지는 스마트 냉각소자를 구현할 수 있다. Here, the emission layer 30 may include vanadium oxide (VO 2 ), which is a phase change material according to temperature. By using vanadium oxide (VO 2 ), the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 of the present embodiment exhibits cooling characteristics only when the temperature is higher than a preset temperature and disappears when the temperature is lower than the preset temperature. A smart cooling device can be implemented.

또한, 방출부층(30)은 8um 내지 13um 파장영역의 빛, 즉 대기창(atmospheric window)에서 선택적으로 방사하도록 설계되고, 반사부층(10)은 자외선(UV)에서 근적외선(NIR) 영역대역의 빛을 차단하도록 설계될 수 있다. 이에 따라, 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)는 기 설정된 온도 이상에서 양의 냉각전력을 나타내고, 기 설정된 온도 미만에서는 음의 냉각 전력을 나타낼 수 있다.In addition, the emitter layer 30 is designed to selectively emit light in a wavelength range of 8 μm to 13 μm, that is, an atmospheric window, and the reflector layer 10 is designed to block light in the ultraviolet (UV) to near infrared (NIR) region band. Accordingly, the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 may exhibit positive cooling power above a preset temperature and negative cooling power below a preset temperature.

구체적으로, 방출부층(30)은, 기 설정된 온도 미만에서는 비금속으로 제공되고, 기 설정된 온도 이상에서는 금속으로 상전이(phase transition)하는 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 제공되는 상전이층(310); 상전이층(310)의 하측에 제공되는 비금속층(320); 및 비금속층(320)의 하측에 제공되는 금속층(330)을 포함할 수 있다. Specifically, the emission layer 30 includes a phase change layer 310 provided with vanadium oxide (VO 2 ), which is provided as a non-metal below a preset temperature and undergoes a phase transition to a metal above a preset temperature; a non-metal layer 320 provided below the phase change layer 310; and a metal layer 330 provided below the non-metal layer 320 .

기 설정된 온도 이상에서는 방출부층(30)은 금속으로 제공되는 상전이층(310)-비금속으로 제공되는 비금속층(320)-금속으로 제공되는 금속층(330)으로 적층된 구조를 나타낼 수 있다. At a predetermined temperature or higher, the emission layer 30 may have a stacked structure including a phase change layer 310 made of metal, a non-metal layer 320 made of non-metal, and a metal layer 330 made of metal.

또한, 기 설정된 온도 미만에서는 방출부층(30)은 비금속으로 제공되는 상전이층(310)-비금속으로 제공되는 비금속층(320)-금속으로 제공되는 금속층(330)으로 적층된 구조를 나타낼 수 있다.In addition, below the predetermined temperature, the emission layer 30 may have a stacked structure of a phase change layer 310 provided with non-metal, a non-metal layer 320 provided with non-metal, and a metal layer 330 provided with metal.

여기서, 기 설정된 온도는 방출부층(30)이 금속과 비금속으로 상전이(phase transition)되는 온도로 이해될 수 있으며, 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)에 도핑된 물질에 따라 상전이(phase transition) 온도가 제어될 수 있다. Here, the predetermined temperature may be understood as a temperature at which the emission layer 30 undergoes a phase transition between a metal and a non-metal, and the phase transition temperature may be controlled according to a material doped with vanadium oxide (VO 2 ).

예를 들어, 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)에는 몰리브덴(molybdenum), 텅스텐(tungsten) 및 오스트론튬(orstrontium) 중 적어도 하나의 물질이 도핑(doping)될 수 있다.For example, vanadium oxide (VO 2 ) may be doped with at least one of molybdenum, tungsten, and orstrontium.

산화바나듐(vanadium oxide, VO2)의 상전이(phase transition) 온도는 68°C 이지만, 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)에 몰리브덴(molybdenum), 텅스텐(tungsten) 및 오스트론튬(orstrontium) 중 적어도 하나의 물질을 도핑됨으로써 상전이(phase transition) 온도는 20°C 내지 30°C, 바람직하게는 25°C로 제어 될 수 있다.Although the phase transition temperature of vanadium oxide (VO 2 ) is 68 ° C, the phase transition temperature can be controlled to 20 ° C to 30 ° C, preferably 25 ° C, by doping vanadium oxide (VO 2 ) with at least one of molybdenum, tungsten and orstrontium. .

방출부층(30)의 비금속층(320)은 실리콘으로 제공될 수 있고, 금속층(330)은 은(Ag)으로 제공될 수 있다. The non-metal layer 320 of the emission layer 30 may be made of silicon, and the metal layer 330 may be made of silver (Ag).

또한, 상전이층(310)의 두께는 8nm 내지 12nm로 제공되고, 바람직하게는 10nm로 제공될 수 있다.In addition, the phase change layer 310 may have a thickness of 8 nm to 12 nm, preferably 10 nm.

비금속층(320)의 두께는 600nm 내지 800nm으로 제공되고, 바람직하게는 700nm으로 제공될 수 있다.The non-metal layer 320 may have a thickness of 600 nm to 800 nm, preferably 700 nm.

금속층(330)의 두께는 150nm 내지 250nm으로 제공되고, 바람직하게는 200nm으로 제공될 수 있다. The metal layer 330 may have a thickness of 150 nm to 250 nm, preferably 200 nm.

도 3은 도 1의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 방출부층(30)에 입사하는 빛의 파장에 따른 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing absorbance and reflectivity according to wavelengths of light incident on the emission layer 30 of the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 of FIG. 1 .

구체적으로, 도 3의(a)는 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 금속으로 제공되었을 때의 빛의 파장에 따른 방출부층(30)의 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이고, 도 3의 (b)는 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 비금속으로 제공되었을 때 빛의 파장에 따른 방출부층(30)의 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다. Specifically, (a) of FIG. 3 is a graph showing the absorbance and reflectance of the emitting layer 30 according to the wavelength of light when vanadium oxide (VO 2 ) is provided as a metal, and (b) of FIG. It is a graph showing reflectivity ) .

여기서, 실선은 흡수율(Absorptivity)을 나타내고, 파선은 반사율(reflectivity)을 나타낸다.Here, the solid line represents absorptivity, and the broken line represents reflectivity.

도 3(a)를 참조하면, 방출부층(30)이 금속-비금속-금속 구조(산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 금속) 일때, 빛의 파장 8um 내지 13um 가 입사하는 경우, 반사율(reflectivity)은 낮게, 흡수율(Absorptivity)은 높게 제공될 수 있다. 이 경우, 기 설정된 온도 이상에서 열이 외부로 방출될 수 있다.Referring to FIG. 3(a), when the emission layer 30 has a metal-non-metal-metal structure (vanadium oxide (VO 2 ) is a metal), when a light wavelength of 8 μm to 13 μm is incident, low reflectivity and high absorptivity can be provided. In this case, heat above a predetermined temperature may be emitted to the outside.

도 3(b)를 참조하면, 방출부층(30)이 금속-비금속-비금속(산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 비금속) 일때, 빛의 파장이 8um 내지 13um가 입사하는 경우, 반사율(reflectivity)은 높게, 흡수율(Absorptivity)은 낮게 제공될 수 있다. 이 경우, 기 설정된 온도 미만에서는 열을 외부로 방출되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 3(b), when the emission layer 30 is a metal-non-metal-non-metal (vanadium oxide (VO 2 ) is a non-metal), when a light wavelength of 8 μm to 13 μm is incident, high reflectivity and low absorptivity can be provided. In this case, heat may not be released to the outside below a preset temperature.

또한, 반사부층(10)은 서로 다른 파장영역대역의 빛을 반사할 수 있는 복수 개의 반사부(110, 120, 130)를 포함할 수 있다.In addition, the reflector layer 10 may include a plurality of reflectors 110, 120, and 130 capable of reflecting light of different wavelength ranges.

구체적으로, 복수 개의 반사부(110, 120, 130)는, 제1 파장의 빛을 반사할 수 있는 제1 반사부(110); 제1 반사부(110)의 하측에 제공되고, 제2 파장의 빛을 반사할 수 있는 제2 반사부(120); 및 제2 반사부(120)의 하측에 제공되고, 제3 파장의 빛을 반사할 수 있는 제3 반사부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 파장은 0.52um이고, 제2 파장은 0.76um이고, 제3 파장은 1.18um로 제공될 수 있다.Specifically, the plurality of reflectors 110, 120, and 130 include a first reflector 110 capable of reflecting light of a first wavelength; a second reflector 120 provided below the first reflector 110 and capable of reflecting light of a second wavelength; and a third reflector 130 provided below the second reflector 120 and capable of reflecting light of a third wavelength. Here, the first wavelength may be provided as 0.52um, the second wavelength as 0.76um, and the third wavelength as 1.18um.

이러한 반사부(110, 120, 130)는 광결정(photonic crystal)으로 구성될 수 있다. These reflectors 110, 120, and 130 may be formed of a photonic crystal.

제1 반사부(110)와 제2 반사부(1200)와 제3 반사부(130)는 각각 제1 파장, 제2 파장 및 제3 파장의 빛의 흡수를 억제하도록 설계된 브래그 반사기(Bragg reflector, DBR) 역할을 할 수 있다. The first reflector 110, the second reflector 1200, and the third reflector 130 may serve as a Bragg reflector (DBR) designed to suppress absorption of light of the first, second, and third wavelengths, respectively.

반사부층(10)은 굴절률이 높은 실리콘과 굴절률이 낮은 PMMA를 교대로 쌓아 브래그 반사기 역할을 하도록 설계될 수 있다. The reflector layer 10 may be designed to serve as a Bragg reflector by alternately stacking silicon having a high refractive index and PMMA having a low refractive index.

또한, 서로 다른 두께로 구성된 다층박막인 제1 반사부(110), 제2 반사부(120) 및 제3 반사부(130)을 이용하여 태양광 스펙트럼 중 넓은 영역에서 반사율이 높도록 설계할 수 있다.In addition, the first reflector 110, the second reflector 120, and the third reflector 130, which are multilayer thin films having different thicknesses, can be designed to have high reflectance in a wide area of the solar spectrum.

구체적으로, 제1 반사부(110)는 서로 교대로 적층되어 있는 실리콘층(112)과 PMMA층(114)을 포함하고, 실리콘층(112)의 두께는 제1 파장/4n1로 제공되고, PMMA층(114)의 두께는 제1 파장/4n2로 제공될 수 있다. 여기서, n1은 실리콘의 굴절률, n2는 PMMA의 굴절률로 이해될 수 있다. 마찬가지로, 제2 반사부(120)와 반사부(110, 120, 130)는 각각 서로 교대로 적층되어 있는 실리콘층(112)과 PMMA층(114)을 포함하고, 실리콘층(112)의 두께는 제1 파장/4n1로 제공되고, PMMA층(114)의 두께는 제1 파장/4n2로 제공될 수 있다. Specifically, the first reflector 110 includes a silicon layer 112 and a PMMA layer 114 that are alternately stacked with each other, and the thickness of the silicon layer 112 is provided as a first wavelength/4n1, and the thickness of the PMMA layer 114 may be provided as a first wavelength/4n2. Here, n1 is the refractive index of silicon, and n2 is the refractive index of PMMA. Similarly, the second reflector 120 and the reflectors 110, 120, and 130 each include a silicon layer 112 and a PMMA layer 114 that are alternately stacked with each other, and the thickness of the silicon layer 112 is provided as the first wavelength/4n1, and the thickness of the PMMA layer 114 may be provided as the first wavelength/4n2.

도 4는 빛의 파장에 따른 반사부층(10)의 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing absorbance and reflectivity of the reflector layer 10 according to the wavelength of light.

도 4를 참조하면, PC1은 제1 파장, PC2는 제2 파장, PC3은 제3 파장을 나타내고, 빛이 반사부층(10)에 입사하였을 때 제1 파장, 제2 파장 및 제3 파장에서 반사율(reflectivity)이 높게 제공될 수 있다.Referring to FIG. 4, PC 1 represents a first wavelength, PC 2 represents a second wavelength, and PC 3 represents a third wavelength, and when light is incident on the reflector layer 10, reflectivity may be high at the first, second, and third wavelengths.

도 4를 참조하면, 반사부층(10)은 자외선(UV) 영역 내지 근적외선(NIR) 영역의 빛의 파장을 반사함을 알 수 있다. Referring to FIG. 4 , it can be seen that the reflector layer 10 reflects wavelengths of light in an ultraviolet (UV) region or a near infrared (NIR) region.

또한, 반사부층(10)에 입사하는 빛의 파장(λ)이 2um이하에서 평균 흡수율(Absorptivity)은 5.9%임을 알 수 있다. In addition, it can be seen that the average absorption rate (Absorptivity) is 5.9% when the wavelength (λ) of the light incident on the reflector layer 10 is 2 μm or less.

또한, 반사부층(10)과 방출부층(30) 사이에는 스페이서층(20)이 제공될 수 있고, 스페이서층(20)은 PMMA로 제공될 수 있다. Also, a spacer layer 20 may be provided between the reflection layer 10 and the emission layer 30, and the spacer layer 20 may be made of PMMA.

또한, 스페이서층(20)의 두께는 200nm 내지 400nm으로 제공되고, 바람직하게는 300nm으로 제공될 수 있다. In addition, the spacer layer 20 may have a thickness of 200 nm to 400 nm, preferably 300 nm.

이와 같이 반사부층(10)과 방출부층(30)을 분리시키는 스페이서층(20)에 의해 태양 복사(solar irradiance)의 흡수를 최소화하고, 전환 가능한 방식으로 대기창(atmospheric window)을 통해 복사되는 열 에너지를 최대화 할 수 있다. In this way, absorption of solar irradiance is minimized by the spacer layer 20 separating the reflector layer 10 and the emitter layer 30, and thermal energy radiated through an atmospheric window in a switchable manner can be maximized.

도 5는 도 1의 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)에 입사하는 빛의 파장에 따른 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing absorbance and reflectivity according to wavelengths of light incident on the temperature-responsive phase-transition cooling element 1 of FIG. 1 .

구체적으로, 도 5의 (a)는 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 금속으로 제공되었을 때의 빛의 파장에 따른 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이고, 도 5의 (b)는 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 비금속으로 제공되었을때 빛의 파장에 따른 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 흡수율(Absorptivity)과 반사율(reflectivity)을 나타내는 그래프이다. 여기서, 실선은 흡수율(Absorptivity)을 나타내고, 파선은 반사율(reflectivity)을 나타내고, 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)에 도입되는 빛의 각도는 0도이다.Specifically, (a) of FIG. 5 is a graph showing the absorptivity and reflectivity of the temperature-responsive phase-transition cooling element 1 according to the wavelength of light when vanadium oxide (VO 2 ) is provided as a metal, and (b) of FIG. It is a graph showing orptivity and reflectivity. Here, the solid line represents absorptivity, the broken line represents reflectivity, and the angle of light introduced into the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 is 0 degrees.

도 5의 (a)와 (b)를 참조하면, 대기창(atmospheric window)에서 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 흡수율(Absorptivity)은 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 금속으로 제공될 때 높고, 비금속으로 제공될 때 낮음을 알 수 있다. Referring to (a) and (b) of FIG. 5, the absorption rate (absorptivity) of the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 in the atmospheric window is high when vanadium oxide (VO) is provided as a metal, and low when provided as a non-metal.

또한, 도 5의 (c)는 산화바나듐(vanadium oxide, VO2)이 금속으로 제공되었을 때, 빛의 파장과 입사각에 따른 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)의 흡수율(Absorptivity)을 나타낸다. In addition, (c) of FIG. 5 shows the absorptivity of the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 according to the wavelength and incident angle of light when vanadium oxide (VO 2 ) is provided as a metal.

상술한 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)는 Fabry-Pιrot 공명의 결과로 실내 온도보다 높은 대기창에서만 에너지를 방출할 수 있다. 따라서 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)에 의한 냉각은 온도에 따라 켜지고 꺼질 수 있다.The above-described temperature-responsive phase-transition cooling device 1 can emit energy only in an air window higher than room temperature as a result of Fabry-Pιrot resonance. Therefore, cooling by the temperature-responsive phase-transition cooling element 1 can be turned on and off depending on the temperature.

또한, 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)는 온도에 따른 맞춤형 냉난방 특성을 가지고 있어 다양한 환경에서 에너지 절감 효과를 보여줄 수 있다. 예를 들어, 여름철은 시원하고 겨울철은 따뜻하게 실내온도를 유지하게 도움을 주므로, 계절에 따라 온도가 바뀌는 모든 지역과 일교차가 큰 지역 모두에서 장점을 갖는다. In addition, the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 has customized cooling and heating characteristics according to temperature, and thus can show energy saving effects in various environments. For example, since it helps to keep the indoor temperature cool in summer and warm in winter, it has an advantage in all areas where the temperature changes according to the season and in areas where the daily temperature difference is large.

이상 본 발명의 실시예에 따른 온도 반응형 상전이 냉각소자(1)을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시 형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 실시 형태를 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다. Although the temperature-responsive phase-transition cooling device 1 according to the embodiment of the present invention has been described as a specific embodiment, this is only an example, and the present invention is not limited thereto, and the basic idea disclosed herein It should be interpreted as having the widest range according to. A person skilled in the art may implement an embodiment that is not indicated by combining or substituting the disclosed embodiments, but this also does not deviate from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on this specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.

1 : 온도 반응형 상전이 냉각소자
10 : 반사부층
110 : 제1 반사부
110, 120, 130 : 반사부
112 : 실리콘층
114 : PMMA층
120 : 제2 반사부
130 : 제3 반사부
20 : 스페이서층
30 : 방출부층
310 : 상전이층
320 : 비금속층
330 : 금속층1: Temperature responsive phase transition cooling element
10: reflection layer
110: first reflector
110, 120, 130: reflector
112: silicon layer
114: PMMA layer
120: second reflector
130: third reflector
20: spacer layer
30: release layer
310: phase change layer
320: non-metal layer
330: metal layer

Claims (19)

특정 파장영역대역의 빛을 반사할 수 있는 반사부층;상기 반사부층의 하측에 제공되는 스페이서층; 및 상기 스페이서층의 하측에 제공되고, 기 설정된 온도 이상에서만 열을 방출하는 방출부층을 포함하고,
상기 방출부층은,
기 설정된 온도 미만에서는 비금속으로 제공되고, 기 설정된 온도 이상에서는 금속으로 상전이하는 산화바나듐이 제공되는 상전이층;
상기 상전이층의 하측에 제공되는 비금속층; 및
상기 비금속층의 하측에 제공되는 금속층을 포함하고,
상기 반사부층은 서로 다른 파장영역대역의 빛을 반사할 수 있는 복수 개의 반사부를 포함하고,
상기 스페이서층에 의해 상기 반사부층과 상기 방출부층은 분리되어 있고,
상기 산화바나듐에는 몰리브덴 및 오스트론튬 중 적어도 하나의 물질이 도핑되어 있고,
상기 반사부층은 자외선에서 근적외선 영역대역의 빛을 차단하고, 상기 방출부층은 8μm 내지 13μm 파장영역의 빛을 선택적으로 방사하도록 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자.A reflector layer capable of reflecting light in a specific wavelength range; A spacer layer provided below the reflector layer; and a release layer provided below the spacer layer and emitting heat only at a predetermined temperature or higher;
The emission portion layer,
a phase change layer provided with vanadium oxide, which is provided as a non-metal below a predetermined temperature and undergoes phase transition to a metal above a predetermined temperature;
a non-metal layer provided below the phase change layer; and
Including a metal layer provided on the lower side of the non-metal layer,
The reflector layer includes a plurality of reflectors capable of reflecting light of different wavelength ranges,
The reflection part layer and the emission part layer are separated by the spacer layer,
The vanadium oxide is doped with at least one of molybdenum and austrontium,
The reflective layer blocks light in the near-infrared region from ultraviolet rays, and the emission layer is provided to selectively emit light in a wavelength range of 8 μm to 13 μm. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 기 설정된 온도 이상에서 상기 방출부층은, 금속으로 제공되는 상전이층- 비금속으로 제공되는 비금속층-금속으로 제공되는 금속층으로 적층된 구조를 나타내고, 상기 기 설정된 온도 미만에서는 방출부층은, 비금속으로 제공되는 상전이층-비금속으로 제공되는 비금속층-금속으로 제공되는 금속층으로 적층된 구조를 나타내는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
Above the predetermined temperature, the emission portion layer exhibits a stacked structure of a phase change layer provided of metal, a non-metal layer provided as non-metal, and a metal layer provided as metal, and below the predetermined temperature, the emission portion layer is a temperature-responsive phase change cooling element that exhibits a laminated structure of a phase change layer provided as a non-metal, a non-metal layer provided as a non-metal, and a metal layer provided as a metal. 제1 항에 있어서,
상기 기 설정된 온도는 20°C 내지 30°C로 제공되는온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
The preset temperature is a temperature-responsive phase-transition cooling element provided at 20 ° C to 30 ° C. 제1 항에 있어서,
상기 비금속층은 실리콘으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
The non-metal layer is a temperature-responsive phase-transition cooling element provided with silicon. 제1 항에 있어서,
상기 금속층은 은으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
The metal layer is a temperature-responsive phase-transition cooling element provided with silver. 제1 항에 있어서,
상기 상전이층의 두께는 8nm 내지 12nm으로 제공되고,상기 비금속층의 두께는 600nm 내지 800nm으로 제공되고,상기 금속층의 두께는 150nm 내지 250nm으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
The thickness of the phase change layer is provided in 8 nm to 12 nm, the thickness of the non-metal layer is provided in 600 nm to 800 nm, and the thickness of the metal layer is provided in 150 nm to 250 nm. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 반사부는,제1 파장의 빛을 반사할 수 있는 제1 반사부;
상기 제1 반사부의 하측에 제공되고, 제2 파장의 빛을 반사할 수 있는 제2 반사부; 및
상기 제2 반사부의 하측에 제공되고, 제3 파장의 빛을 반사할 수 있는 제3 반사부를 포함하는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
The reflector may include: a first reflector capable of reflecting light of a first wavelength;
a second reflector provided below the first reflector and capable of reflecting light of a second wavelength; and
A temperature-responsive phase-transition cooling element provided below the second reflector and including a third reflector capable of reflecting light of a third wavelength. 제11 항에 있어서,
상기 제1 파장은 0.52um이고,상기 제2 파장은 0.76um이고,상기 제3 파장은 1.18um인 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 11,
The first wavelength is 0.52um, the second wavelength is 0.76um, and the third wavelength is 1.18um temperature responsive phase transition cooling element. 제1 항에 있어서,
각각의 상기 반사부는,실리콘층과 PMMA층이 교대로 적층되어 있는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
Each of the reflectors, A temperature-responsive phase-transition cooling element in which a silicon layer and a PMMA layer are alternately laminated. 제11 항에 있어서,
상기 제1 반사부는 서로 교대로 적층되어 있는 실리콘층과 PMMA층을 포함하고, 상기 실리콘층의 두께는 제1 파장/4n1로 제공되고,상기 PMMA층의 두께는 제1 파장/4n2로 제공되고,상기 n1은 실리콘의 굴절률, 상기 n2는 PMMA의 굴절률인 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 11,
The first reflector includes a silicon layer and a PMMA layer that are alternately stacked with each other, the thickness of the silicon layer is provided as a first wavelength / 4n1, and the thickness of the PMMA layer is provided as a first wavelength / 4n2, wherein n1 is the refractive index of silicon, and n2 is the refractive index of PMMA. 제11 항에 있어서,
상기 제2 반사부는 서로 교대로 적층되어 있는 실리콘층과 PMMA층을 포함하고, 상기 실리콘층의 두께는 제1 파장/4n1로 제공되고,상기 PMMA층의 두께는 제1 파장/4n2로 제공되고, 상기 n1은 실리콘의 굴절률, 상기 n2는 PMMA의 굴절률인 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 11,
The second reflector includes a silicon layer and a PMMA layer that are alternately stacked with each other, the thickness of the silicon layer is provided as a first wavelength / 4n1, and the thickness of the PMMA layer is provided as a first wavelength / 4n2, wherein n1 is the refractive index of silicon, and n2 is the refractive index of PMMA. 제11 항에 있어서,
상기 제3 반사부는 서로 교대로 적층되어 있는 실리콘층과 PMMA층을 포함하고, 상기 실리콘층의 두께는 제1 파장/4n1로 제공되고, 상기 PMMA층의 두께는 제1 파장/4n2로 제공되고, 상기 n1은 실리콘의 굴절률, 상기 n2는 PMMA의 굴절률인 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 11,
The third reflector includes a silicon layer and a PMMA layer that are alternately stacked with each other, the thickness of the silicon layer is provided as a first wavelength / 4n1, and the thickness of the PMMA layer is provided as a first wavelength / 4n2, wherein n1 is the refractive index of silicon, and n2 is the refractive index of PMMA. 제1 항에 있어서,
상기 스페이서층은 PMMA로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
The spacer layer is a temperature-responsive phase-transition cooling device provided with PMMA. 제1 항에 있어서,
상기 스페이서층의 두께는 200nm 내지 400nm 으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
The spacer layer has a thickness of 200 nm to 400 nm. Temperature-responsive phase-transition cooling device. 제1 항에 있어서,
특정 파장영역대역은 자외선(UV) 영역 내지 근적외선(NIR) 영역으로 제공되는 온도 반응형 상전이 냉각소자.According to claim 1,
A temperature-responsive phase-transition cooling element provided in a specific wavelength range from an ultraviolet (UV) region to a near infrared (NIR) region.
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