KR20220082357A - Radiative cooling device based on hole pattern layer - Google Patents

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KR20220082357A
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고려대학교 산학협력단
포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 홀 패턴층을 이용한 복사 냉각 소자에 관한 것으로, 구체적으로, 홀 패턴층 상에 대기의 창(atmospheric window, AW) 구간에서 높은 흡광 계수(extinction coefficient)를 가지는 유전체 물질을 증착 형성하여 대기의 창(atmospheric window, AW) 구간에서 높은 적외선 흡수율과 방사율을 구현하는 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각 소자는 복수의 구멍(pore)을 가지고, 상기 복수의 구멍(pore) 간에 주기(period)가 존재하고, 상기 복수의 구멍의 직경(diameter) 및 상기 주기(period)는 유전체 물질(dielectric material)과 공기의 부피율(volume fraction)에 기반하여 형성되는 홀 패턴층을 포함하고, 상기 홀 패턴층에 기반하여 대기의 창(atmospheric window, AW)에 해당되는 파장 범위에서의 적외선을 흡수 및 방사하되, 상기 홀 패턴층의 두께(thickness), 상기 직경(diameter) 및 상기 주기(period) 중 적어도 하나에 기반하여 상기 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율이 제어될 수 있다. The present invention relates to a radiation cooling device using a hole pattern layer, and specifically, a dielectric material having a high extinction coefficient in an atmospheric window (AW) section is deposited on the hole pattern layer to form the atmosphere. It relates to a technology for implementing high infrared absorption and emissivity in the atmospheric window (AW) section, and according to an embodiment of the present invention, the radiation cooling element has a plurality of pores, and the plurality of pores ), the diameter of the plurality of holes and the period of the hole pattern layer formed based on a volume fraction of a dielectric material and air Including, but based on the hole pattern layer absorbs and emits infrared rays in a wavelength range corresponding to an atmospheric window (AW), the thickness of the hole pattern layer (thickness), the diameter (diameter) and the Absorption and emissivity associated with the infrared light may be controlled based on at least one of a period.

Description

홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자{RADIATIVE COOLING DEVICE BASED ON HOLE PATTERN LAYER}Radiation cooling element based on hole pattern layer

본 발명은 홀 패턴층을 이용한 복사 냉각 소자에 관한 것으로, 구체적으로, 홀 패턴층 상에 대기의 창(atmospheric window, AW) 구간에서 높은 흡광 계수(extinction coefficient)를 가지는 유전체 물질을 증착 형성하여 대기의 창(atmospheric window, AW) 구간에서 높은 적외선 흡수율과 방사율을 구현하는 기술이다. The present invention relates to a radiation cooling device using a hole pattern layer, and specifically, a dielectric material having a high extinction coefficient in an atmospheric window (AW) section is deposited on the hole pattern layer to form the atmosphere. It is a technology that realizes high infrared absorption and emissivity in the atmospheric window (AW) section.

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.A passive radiative cooling device can be passively cooled by reflecting a wavelength (0.3-2.5 μm) corresponding to sunlight during the day and radiating radiant heat (8-13 μm) energy that can escape out of space.

한편, 수동형 복사 가열(Radiative Heating) 소자는 낮 동안 태양 빛에 해당하는 파장(0.3-2.5㎛)를 흡수하고 우주 밖으로 빠져나갈 수 있는 복사열(8-13㎛) 에너지는 잘 흡수하지 않아 수동적으로 가열될 수 있다.On the other hand, passive radiative heating elements absorb the wavelength (0.3-2.5㎛) corresponding to sunlight during the day and do not absorb radiant heat (8-13㎛) energy that can escape out of space. can be

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

열 방출을 위해서는 장파장 적외선 영역에서의 높은 흡수율 또는 방사율을 가짐에 따라 우주로 열을 잘 내뿜을 수 있어야 한다.For heat dissipation, it must be able to radiate heat into space as it has a high absorption or emissivity in the long-wavelength infrared region.

플랑크 분포(Planck distribution)에 의하면 300K의 온도 일 때 파장 6-20㎛ 영역에서 최대로 열을 방출할 수 있는 조건을 가지게 된다. 지구의 경우에는 대기의 창(sky window) 영역이 약 8-13㎛ 영역이므로, 수동형 냉각 소자의 열 방출 능력을 최대치로 올리기 위해서는 8-13㎛ 영역에서의 흡수율 또는 방사율이 최대치가 되어야 한다.According to the Planck distribution, when the temperature is 300K, it has a condition for maximally dissipating heat in the wavelength range of 6-20 μm. In the case of the Earth, the sky window region of the atmosphere is about 8-13 μm, so in order to maximize the heat dissipation capability of the passive cooling element, the absorption or emissivity in the 8-13 μm region should be the maximum.

대기의 창 파장 범위에서의 적외선 방사가 실질적인 열방출에 의한 복사냉각을 달성하는데 핵심적인 역할을 수행한다. 파장 범위가 자외선-가시광선-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 release. If the wavelength range reflects 100% of the incident sunlight (emitted from the sun) and radiates 100% of long-wavelength infrared rays in the 8㎛-13㎛ region, which is the window section of the atmosphere, 300K At an ambient temperature of 158W/m2, cooling performance of 158W/m2 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.If 95% of sunlight is reflected and 90% or more of mid-infrared radiation in the 8㎛-13㎛ area is radiated to the outside, the cooling performance of 100W/m2 is achieved during the day (ie, there is light absorption by the sun) when the ambient temperature is 300K. And at night when there is no light absorption by the sun, a cooling performance of 120W/m 2 can be realized.

수동형 복사냉각 소재로 사용되기 위해서는 입사 태양광인 UV-vis-NIR 파장 범위의 빛에 대하여 높은 투과율을 갖거나 높은 반사율을 갖아 입사 태양광을 흡수하지 않아야 하며, 대기의 창 구간인 8 내지 13㎛ 영역대의 장파장 적외선에 대하여 높은 흡수(방사)율을 갖아야 하며, 이외에도 옥외(outdoor) 조건에서 높은 내구성 (안정성, 내식성)을 갖아야 하고, 사용되는 물질이 값싸고 풍부하게 존재해야 하며, 값싸고 쉬운 공정으로 대면적에 성형이 가능하여야 한다.In order to be used as a passive radiation cooling material, it has to have high transmittance or high reflectance to light in the UV-vis-NIR wavelength range of incident sunlight, so it must not absorb incident sunlight, and the window section of the atmosphere is 8 to 13 μm. It should have high absorption (emissivity) for long-wavelength infrared rays, and in addition to it, it should have high durability (stability, corrosion resistance) in outdoor conditions, and the materials used should be inexpensive and abundant, and cheap and easy to use. The process should be capable of forming over a large area.

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 a polymer material, it generally has a high absorption (emissivity) for long-wavelength infrared rays, but due to the characteristics of the material, it is easily deteriorated by ultraviolet rays and moisture, etc.

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, the thick polymer material is a broadband emitter with high emissivity for all infrared wavelength bands, so its radiative cooling performance is lower than that of a selective emitter with high emissivity in the sky window. 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 multi-layer thin film made of an inorganic material or a ceramic material, the number of layers must be large in order to increase the emissivity in the entire window in the atmosphere, which increases the absorption of sunlight, making it difficult to achieve high-efficiency radiative 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, it is difficult to apply radiative cooling to real life due to the long-term stability problem (oxidation problem) and cost problem of silver and aluminum in a radiation cooling device including a lower metal reflective layer such as silver or aluminum, and these metal materials mainly use specular reflection This can cause eye strain and light bleed.

현재 다양한 복사 냉각 소재가 개발되어 왔으나, 양극 산화 알루미늄(Anodic Aluminum Oxide membrane, AAO)막을 이용한 복사 냉각 소재에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다.Currently, various radiation cooling materials have been developed, but studies on radiation cooling materials using an anodic aluminum oxide membrane (AAO) film have hardly been conducted.

양극 산화 알루미늄(Anodic Aluminum Oxide membrane, AAO)막을 구성하는 Al2O3는 다공성 막과 함께 형성되어 있으며, 대기의 창 구간의 일부 영역에서 높은 흡수/방사율을 갖는 것으로 알려져 있다.Al 2 O 3 constituting the anodic aluminum oxide membrane (AAO) membrane is formed together with the porous membrane, and is known to have high absorption/emissivity in some regions of the window section of the atmosphere.

화학적 공정인 바텀업 공정을 이용해 대면적으로 쉽게 제작이 가능하여 여러 분야에서 사용되고 있지만, 복사 냉각 소자에 사용되기에는 대기의 창 구간의 전체 스펙트럼에서 높은 흡수/방사율을 갖지 못하는 문제점이 있었다.Although it is used in various fields because it can be easily manufactured in a large area using the bottom-up process, which is a chemical process, there is a problem that it does not have high absorption/emissivity in the entire spectrum of the window section of the atmosphere to be used in a radiation cooling device.

한국등록특허 제10-1537901호, "고방열성 투명 시트 및 그 제조 방법"Korean Patent No. 10-1537901, "High heat dissipation transparent sheet and manufacturing method thereof" 한국등록특허 제10-1961585호, "열-복사-반사 코팅 및 그에 부착된 체결 또는 밀봉 요소를 갖는 판유리"Korean Patent Registration No. 10-1961585, "Plate glass with heat-radiation-reflecting coating and fastening or sealing element attached thereto" 미국등록특허 제9927188호, "METAMATERIALS-ENHANCED PASSIVE RADIATIVE COOLING PANEL"US Patent No. 9927188, "METAMATERIALS-ENHANCED PASSIVE RADIATIVE COOLING PANEL" 한국공개특허 제10-2013-0086452호, "다공성 양극 산화알루미늄 막이 구비된 반사 방지 가능한 광학체 및 이의 제조방법"Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2013-0086452, "Anti-reflection optical body provided with porous anodized aluminum oxide film and manufacturing method thereof"

본 발명은 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 높은 방사율을 갖도록 홀 패턴층의 주기, 지름 및 두께 중 적어도 하나를 제어함에 따라 홀 패턴층에 기반하여 대기의 창 내 적외선 방사율 및 흡수율을 증가시키는 것을 목적으로 한다.The present invention is to increase the infrared emissivity and absorption rate in the window of the atmosphere based on the hole pattern layer by controlling at least one of the period, diameter and thickness of the hole pattern layer to have high emissivity in the wavelength range corresponding to the window of the atmosphere The purpose.

본 발명은 유효 매질 이론(effective medium theory, EMT)을 이용해 AW 구간에서 적외선에 대한 높은 흡수율 및 방사율을 나타낼 수 있는 최적화된 광학적 특성 (permittivity)를 갖는 코팅층코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention uses an effective medium theory (EMT) to provide a hole pattern layer-based radiation cooling with an optimized optical property (permittivity) that can exhibit high absorption and emissivity for infrared rays in the AW section It aims to provide a device.

본 발명은 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 높은 방사율을 갖도록 홀 패턴층의 구조 변수와 관련된 주기, 지름 및 두께의 파라미터를 최적화하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to optimize parameters of period, diameter and thickness related to structural parameters of a hole pattern layer to have high emissivity in a wavelength range corresponding to the window of the atmosphere.

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

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 energy consumption by being applied to the outer surface of a material requiring cooling, such as building materials, glass, automobile materials, aviation equipment, energy-saving data centers and electronic devices, and solar cells.

본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자는 복수의 구멍(pore)을 가지고, 상기 복수의 구멍(pore) 간에 주기(period)가 존재하고, 상기 복수의 구멍의 직경(diameter) 및 상기 주기(period)는 유전체 물질(dielectric material)과 공기의 부피율(volume fraction)에 기반하여 형성되는 홀 패턴층을 포함하고, 상기 홀 패턴층에 기반하여 대기의 창(atmospheric window, AW)에 해당되는 파장 범위에서의 적외선을 흡수 및 방사하되, 상기 홀 패턴층의 두께(thickness), 상기 직경(diameter) 및 상기 주기(period) 중 적어도 하나에 기반하여 상기 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율이 제어될 수 있다.Radiation cooling element according to an embodiment of the present invention has a plurality of pores (pore), a period exists between the plurality of pores (pore), the diameter (diameter) of the plurality of holes (diameter) and the period ( period) includes a hole pattern layer formed based on a volume fraction of a dielectric material and air, and a wavelength corresponding to an atmospheric window (AW) based on the hole pattern layer Absorbing and emitting infrared rays in a range, but based on at least one of the thickness (thickness), the diameter (diameter) and the period (period) of the hole pattern layer, the absorption and emissivity related to the infrared rays may be controlled.

본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자는 상기 홀 패턴층 상에 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나가 코팅되는 코팅층을 더 포함할 수 있다.Radiation cooling device according to an embodiment of the present invention on the hole pattern layer SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , AlN, LiF , MgF 2 , HfO 2 And at least one of BaSO 4 It may further include a coating layer is coated.

상기 코팅층은 상기 제어된 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율을 증가 시킬 수 있다.The coating layer may increase the absorptivity and emissivity associated with the controlled infrared.

상기 코팅층의 두께는 상기 증가되는 흡수율 및 방사율과 비례할 수 있다.The thickness of the coating layer may be proportional to the increased absorption and emissivity.

상기 복사 냉각 소자는 상기 적외선과 수직을 이루는 기준선에 대하여 상기 적외선이 0도 내지 50도의 입사각으로 입사될 경우, 0.6 이상의 적외선 방사율 및 흡수율을 갖을 수 있다.The radiation cooling device may have an infrared emissivity and absorption coefficient of 0.6 or more when the infrared rays are incident at an incident angle of 0 to 50 degrees with respect to a reference line perpendicular to the infrared rays.

상기 홀 패턴층은 프리-스탠딩(free-standing)의 다공성 박막 구조를 갖을 수 있다.The hole pattern layer may have a free-standing porous thin film structure.

상기 유전체 물질(dielectric material)과 공기의 부피율(volume fraction)은 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)에 따른 산출 값에 기반하여 결정될 수 있다.The volume fraction of the dielectric material and air may be determined based on a calculated value according to an effective medium theory (EMT).

상기 유전체 물질(dielectric material)은 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The dielectric material is selected from among SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , AlN, LiF, MgF 2 , HfO 2 and BaSO 4 . It may include at least one.

상기 부피율(volume fraction)에서 상기 유전체 물질(dielectric material)의 비율이 증가할수록, 상기 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율이 증가될 수 있다.As the ratio of the dielectric material to the volume fraction increases, the infrared-related absorption and emissivity may increase.

상기 공기의 부피는 상기 직경(diameter)에 비례할 수 있다.The volume of the air may be proportional to the diameter (diameter).

상기 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)에 따른 산출 값은 상기 제어되는 흡수율 및 방사율과 비례할 수 있다.The calculated value according to the effective medium theory (EMT) may be proportional to the controlled absorption and emissivity.

본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자는 상기 홀 패턴층 아래 금속 물질로 형성되 태양광을 반사하는 반사층을 더 포함할 수 있다.The radiation cooling device according to an embodiment of the present invention may further include a reflective layer formed of a metal material under the hole pattern layer and reflecting sunlight.

상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe) 및 백금(Pt) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.The reflective layer is silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (cu), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), iron (Fe) and platinum ( It may be formed of at least one metal material selected from Pt) or any one of an alloy material in which at least two are combined.

본 발명은 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 높은 방사율을 갖도록 홀 패턴층의 주기, 지름 및 두께 중 적어도 하나를 제어함에 따라 홀 패턴층에 기반하여 대기의 창 내 적외선 방사율 및 흡수율을 증가시킬 수 있다.The present invention can increase the infrared emissivity and absorption rate in the window of the atmosphere based on the hole pattern layer by controlling at least one of the period, diameter and thickness of the hole pattern layer to have high emissivity in the wavelength range corresponding to the window of the atmosphere. have.

본 발명은 유효 매질 이론(effective medium theory, EMT)을 이용해 AW 구간에서 적외선에 대한 높은 흡수율 및 방사율을 나타낼 수 있는 최적화된 광학적 특성 (permittivity)를 갖는 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.The present invention uses an effective medium theory (EMT) to provide a hole pattern layer-based radiation cooling device having a coating layer deposited with optimized optical properties (permittivity) that can exhibit high absorption and emissivity for infrared in the AW section can provide

본 발명은 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 높은 방사율을 갖도록 홀 패턴층의 구조 변수와 관련된 주기, 지름 및 두께의 파라미터를 최적화할 수 있다.The present invention can optimize the parameters of the period, diameter and thickness related to the structural parameters of the hole pattern layer to have high emissivity in the wavelength range corresponding to the window of the atmosphere.

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

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 provide a cooling function without energy consumption by being applied to the outer surface of materials that require cooling, such as building materials, glass, automobile materials, aviation equipment, energy-saving data centers and electronic devices, and solar cells.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 설명하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 다양한 이미지를 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 광특성을 설명하는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 유전율을 비교 설명하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 흡수율 및 방사율을 비교 설명하는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 냉각 플럭스를 설명하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 결과를 설명하는 도면이다.
1 and 2 are views illustrating a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views illustrating a method of manufacturing a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.
5A to 5D are views for explaining various images of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.
6A to 6F are views illustrating optical characteristics of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.
7A to 7C are diagrams for comparing the dielectric constant of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.
8A to 8C are views for comparing absorption and emissivity of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B are views for explaining the cooling flux of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.
10A to 10D are diagrams for explaining a radiation cooling experiment using a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining the results of a radiation cooling experiment using a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings.

실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, but it should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutions of the embodiments.

하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to various embodiments may unnecessarily obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 다양한 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, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in various embodiments, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B” or “at least one of A and/or B” may include all possible combinations of items listed together.

"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," can modify the corresponding elements regardless of order or importance, and to distinguish one element from another element. It is used only and does not limit the corresponding components.

어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When an (eg, first) component is referred to as being “connected (functionally or communicatively)” or “connected” to another (eg, second) component, that component is It may be directly connected to the component or may be connected through another component (eg, a third component).

본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.As used herein, "configured to (or configured to)" according to the context, for example, hardware or software "suitable for," "having the ability to," "modified to ," "made to," "capable of," or "designed to" may be used interchangeably.

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some circumstances, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” with other devices or parts.

예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "a processor configured (or configured to perform) A, B, and C" refers to a dedicated processor (eg, an embedded processor) for performing the corresponding operations, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may refer to a general-purpose processor (eg, a CPU or an application processor) capable of performing corresponding operations.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.

즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless stated otherwise or clear from context, the expression 'x employs a or b' means any one of natural inclusive permutations.

이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Terms such as '.. unit' and '.. group' used below mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 설명하는 도면이다.1 and 2 are views illustrating a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 단면도를 예시한다.1 illustrates a cross-sectional view of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)는 반사층(110), 홀 패턴층(120) 및 코팅층(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the radiation cooling device 100 according to an embodiment of the present invention includes a reflective layer 110 , a hole pattern layer 120 , and a coating layer 130 .

일례로, 반사층(110)은 홀 패턴층(120) 아래 금속 물질로 형성되어 태양광을 반사한다.For example, the reflective layer 110 is formed of a metal material under the hole pattern layer 120 to reflect sunlight.

예를 들어, 반사층(110)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe) 및 백금(Pt) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.For example, the reflective layer 110 may include silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (cu), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), and iron. It may be formed of at least one metal material selected from (Fe) and platinum (Pt), or an alloy material in which at least two are combined.

본 발명의 일실시예에 따르면 홀 패턴층(120) 복수의 구멍(pore)을 가지고, 복수의 구멍(pore) 간에 주기(period)가 존재하고, 복수의 구멍의 직경(diameter) 및 주기(period)는 유전체 물질과 공기의 부피율(volume fraction)에 기반하여 결정될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hole pattern layer 120 has a plurality of pores, a period exists between the plurality of pores, and the diameter and period of the plurality of holes. ) can be determined based on the volume fraction of the dielectric material and air.

여기서, 주기(102) 및 직경(103)은 코팅층(130)의 형성 두께에 따라서 결정될 수 있다.Here, the period 102 and the diameter 103 may be determined according to the thickness of the coating layer 130 .

일례로, 복사 냉각 소자(100)는 홀 패턴층(110)에 기반하여 대기의 창(atmospheric window, AW)에 해당되는 파장 범위에서의 적외선을 흡수 및 방사하되, 홀 패턴층의 두께(thickness), 직경(diameter) 및 주기(period) 중 적어도 하나에 기반하여 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율이 제어될 수 있다.For example, the radiation cooling element 100 absorbs and radiates infrared rays in a wavelength range corresponding to an atmospheric window (AW) based on the hole pattern layer 110, but the thickness of the hole pattern layer (thickness) Absorption and emissivity associated with infrared light may be controlled based on at least one of , a diameter and a period.

여기서, 두께(101)는 코팅층(130)의 형성 두께에 따라서 결정될 수 있다.Here, the thickness 101 may be determined according to the formation thickness of the coating layer 130 .

한편, 두께(101), 주기(102) 및 직경(103)은 유전체 물질과 공기의 부피율(volume fraction)과 관련된다.On the other hand, thickness 101, period 102 and diameter 103 are related to the volume fraction of the dielectric material and air.

예를 들어, 유전체 물질과 공기의 부피율(volume fraction)은 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)에 기반하여 결정될 수 있다.For example, the volume fraction of the dielectric material and air may be determined based on effective medium theory (EMT).

예를 들어, 직경(103)은 공기의 부피에 비례할 수 있다. 즉, 직경(103)이 증가될 경우, 유전체 물질과 공기의 부피율에서 공기의 부피가 증가된다.For example, the diameter 103 may be proportional to the volume of air. That is, when the diameter 103 is increased, the volume of air in the volume ratio of the dielectric material and air is increased.

본 발명의 일실시예에 따르면 홀 패턴층(120)은 유전체 물질을 이용하여 형성되고, 유전체 물질은 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hole pattern layer 120 is formed using a dielectric material, and the dielectric material is SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , It may include at least one of Ta 2 O 5 , AlN, LiF, MgF 2 , HfO 2 , and BaSO 4 .

본 발명의 일실시예에 따르면 홀 패턴층(110)은 프리-스탠딩(free-standing)의 다공성 박막 구조를 갖을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hole pattern layer 110 may have a free-standing porous thin film structure.

본 발명의 일실시예에 따르면 코팅층(130)은 홀 패턴층(120) 상에 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나가 코팅되어 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the coating layer 130 is formed on the hole pattern layer 120 on the SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , At least one of AlN, LiF, MgF 2 , HfO 2 and BaSO 4 may be coated and formed.

일례로, 코팅층(130)은 홀 패턴층(120) 에 기반하여 제어된 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율을 증가 시킬 수 있다.For example, the coating layer 130 may increase the absorption and emissivity related to the controlled infrared light based on the hole pattern layer 120 .

예를 들어, 코팅층(130)의 두께는 흡수율 및 방사율의 증가율과 비례할 수 있다.For example, the thickness of the coating layer 130 may be proportional to the increase rate of the absorption rate and the emissivity.

즉, 코팅층(130)의 두께가 증가할수록, 적외선의 흡수율 및 방사율도 증가될 수 있다.That is, as the thickness of the coating layer 130 increases, the absorption and emissivity of infrared rays may also increase.

본 발명의 일실시예에 따르면 두께(101)는 50㎛일 수 있고, 주기(102)는 500㎚ 일 수 있으며, 직경(103)은 400㎚일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness 101 may be 50 μm, the period 102 may be 500 nm, and the diameter 103 may be 400 nm.

일례로, 두께(101), 주기(102) 및 직경(103)은 동일 부피비를 나타내는 홀 패턴층(120) 상에 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나가 코팅된 구조에 한해서 변경될 수 있다.For example, the thickness 101 , the period 102 , and the diameter 103 are SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 on the hole pattern layer 120 having the same volume ratio. , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , AlN, LiF, MgF 2 , HfO 2 , and BaSO 4 At least one of the coated structures may be changed.

따라서, 본 발명은 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 높은 방사율을 갖도록 홀 패턴층의 주기, 지름 및 두께 중 적어도 하나를 제어함에 따라 홀 패턴층에 기반하여 대기의 창 내 적외선 방사율 및 흡수율을 증가시킬 수 있다.Therefore, the present invention increases the infrared emissivity and absorption rate in the window of the atmosphere based on the hole pattern layer by controlling at least one of the period, diameter, and thickness of the hole pattern layer to have high emissivity in the wavelength range corresponding to the window of the atmosphere can do it

또한, 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.In addition, the present invention can provide a cooling function without energy consumption 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.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 입체도를 예시한다.2 illustrates a three-dimensional view of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자(200)는 반사층(210)상에 적외선 방사층(220)이 형성된 구조를 가진다.Referring to FIG. 2 , the radiation cooling device 200 based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention has a structure in which an infrared radiation layer 220 is formed on a reflective layer 210 .

일례로, 적외선 방사층(220)은 홀 패턴층과 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나가 증착된 코팅층을 포함한다.As an example, the infrared emission layer 220 is a hole pattern layer and SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , AlN, LiF, MgF 2 , At least one of HfO 2 and BaSO 4 includes a deposited coating layer.

본 발명의 일실시예에 따르면 적외선 방사층(220)은 프리-스탠딩(free-standing)의 다공성 박막 구조를 갖을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the infrared radiation layer 220 may have a free-standing porous thin film structure.

일례로, 적외선 방사층(220)은 다공성 박막 구조의 직경, 주기 및 두께에 따라 적외선에 대한 방사율과 흡수율이 제어될 수 있다.As an example, the infrared radiation layer 220 may have the emissivity and absorption rate for infrared light controlled according to the diameter, period, and thickness of the porous thin film structure.

본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각 소자(200)는 태양이 상면에 위치하여 태양광을 입사할 경우, 입사되는 태양광의 적외선을 흡수 및 방사하여 복사 냉각을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the radiation cooling device 200 may perform radiative cooling by absorbing and emitting infrared rays of the incident sunlight when the sun is positioned on the upper surface and incident sunlight.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.3 and 4 are views illustrating a method of manufacturing a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나가 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에서 홀 패턴층을 제조하는 방법을 설명한다.3 is SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , AlN, LiF, MgF 2 , HfO 2 and A method of manufacturing a hole pattern layer in a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which at least one of BaSO 4 is deposited will be described.

도 3을 참고하면, 단계(S300)에서 복사 냉각 소자의 제조 방법은 알루미늄(Al)판 상에 형성된 다공성의 구조틀을 준비한다.Referring to FIG. 3 , in the method of manufacturing the radiation cooling device in step S300 , a porous structural frame formed on an aluminum (Al) plate is prepared.

단계(S301)에서 복사 냉각 소자의 제조 방법은 다공성의 구조틀 내에 폴리스틸렌(polystyrene)을 삽입한다.In the manufacturing method of the radiation cooling device in step S301, polystyrene is inserted into a porous structural frame.

단계(S302)에서 복사 냉각 소자의 제조 방법은 습식 에칭(wet etching) 공정을 통해 알루미늄(Al)판을 제거한다.In the method of manufacturing the radiation cooling device in step S302, the aluminum (Al) plate is removed through a wet etching process.

단계(S303)에서 복사 냉각 소자의 제조 방법은 백 오프닝(back opening) 공정을 통해서 구조틀의 상하를 반전 시키면서, 반전 후 상면을 개봉한다.In the method of manufacturing the radiation cooling device in step S303, the upper and lower surfaces of the structural frame are inverted through a back opening process, and the upper surface is opened after inversion.

단계(S304)에서 복사 냉각 소자의 제조 방법은 구조틀 내에 폴리스틸렌(polystyrene)을 제거하여 프리-스탠딩(free-standing)의 다공성 박막 구조를 갖는 홀 패턴층을 형성한다.In the method of manufacturing the radiation cooling device in step S304, a hole pattern layer having a free-standing porous thin film structure is formed by removing polystyrene in the structural frame.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에서 코팅층을 증착하여 코팅층을 형성한 후, 반사층에 해당하는 금속판에 형성된 구조물을 전사하여 복사 냉각 소자를 제조하는 방법을 설명한다.4 is a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention to form a coating layer by depositing a coating layer, and then a structure formed on a metal plate corresponding to a reflective layer is transferred to manufacture a radiation cooling device explain how to do it.

도 4를 참고하면, 단계(S401)에서 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조 방법은 도 3의 단계에 따라 형성된 홀 패턴층을 준비한다.Referring to FIG. 4 , in step S401 , in the method of manufacturing a radiation cooling device according to an embodiment of the present invention, a hole pattern layer formed according to the step of FIG. 3 is prepared.

단계(S402)에서 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조 방법은 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방식을 이용하여 홀 패턴층 상에 이산화 규소를 코팅하여 코팅층을 형성한다.In step S402, the method of manufacturing a radiation cooling device according to an embodiment of the present invention forms a coating layer by coating silicon dioxide on the hole pattern layer using an atomic layer deposition (ALD) method.

단계(S403)에서 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조 방법은 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나가 코팅된 홀 패턴층을 반사층 상에 전사하여 복사 냉각 소자를 제조한다.In step (S403), the method of manufacturing a radiation cooling device according to an embodiment of the present invention is SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , AlN , LiF, MgF 2 , HfO 2 and BaSO 4 The hole pattern layer coated with at least one is transferred onto the reflective layer to manufacture a radiation cooling device.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 다양한 이미지를 설명하는 도면이다.5A to 5D are views for explaining various images of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 포토 이미지를 예시하고, 도 5b 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 전자 현미경 이미지를 예시한다.5A illustrates a photo image of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5B to 5D are hole patterns on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention. An electron microscope image of a layer-based radiative cooling element is illustrated.

도 5a의 이미지(500)를 참고하면, 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자가 하얀색을 나타내고 있다.Referring to the image 500 of FIG. 5A , the radiation cooling element based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited is shown in white color.

도 5b의 이미지(510)를 참고하면, 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 탑뷰(top view)는 다공성 구조로 일정한 직경과 주기를 갖고 있음을 나타낸다.Referring to the image 510 of FIG. 5B , a top view of the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited has a porous structure and has a constant diameter and period.

이미지(510)는 홀 패턴층의 구멍 직경이 코팅층의 증착 이후 400nm에서 370nm로 감소 함을 보여주는데, 이는 코팅층의 두께가 약 30nm임을 나타낼 수 있다.Image 510 shows that the hole diameter of the hole pattern layer decreases from 400 nm to 370 nm after deposition of the coating layer, which may indicate that the thickness of the coating layer is about 30 nm.

도 5c의 이미지(520) 및 도 5d의 이미지(530)를 참고하면, 홀 패턴층이 일정한 주기로 형성됨을 확인할 수 있다.Referring to the image 520 of FIG. 5C and the image 530 of FIG. 5D , it can be seen that the hole pattern layer is formed at a constant cycle.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 광특성을 설명하는 도면이다.6A to 6F are views illustrating optical characteristics of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에서 구멍 직경에 따른 방사율의 변화를 예시한다.6A and 6B illustrate a change in emissivity according to hole diameter in a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 6a의 그래프(600)는 가로축에서 구멍 직경의 변화를 나타내고, 세로축에서 방사율의 변화를 나타내며, 도 6b의 그래프(610)는 가로축에서 파장의 변화를 나타내고, 세로축에서 방사율의 변화를 나타낸다.The graph 600 of FIG. 6A shows the change of hole diameter on the horizontal axis, the change of the emissivity on the vertical axis, and the graph 610 of FIG. 6B shows the change of the wavelength on the horizontal axis and the change of the emissivity on the vertical axis.

즉, 그래프(600)과 그래프(610)는 구멍의 직경과 방사율의 관계를 예시한다.That is, the graph 600 and the graph 610 illustrate the relationship between the diameter of the hole and the emissivity.

그래프(600)과 그래프(610)를 참고하면, 구멍의 직경이 증가할수록 파장 범위 8㎛ 내지 13㎛에서 방사율이 증가한다.Referring to the graph 600 and the graph 610, as the diameter of the hole increases, the emissivity increases in the wavelength range of 8 μm to 13 μm.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자는 형성된 구멍의 직경이 증가할수록 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 8㎛ 내지 13㎛에서 방사율이 증가될 수 있다.That is, in the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention, as the diameter of the formed hole increases, the emissivity can be increased in the 8㎛ to 13㎛ corresponding to the wavelength range of the atmospheric window. .

예를 들어, 구멍의 직경은 100nm 내지 400nm의 범위를 가질 수 있다.For example, the diameter of the hole may range from 100 nm to 400 nm.

도 6c 및 도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에서 코팅층의 코팅 두께에 따른 방사율의 변화를 예시한다.6c and 6d illustrate a change in emissivity according to a coating thickness of a coating layer in a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 6c의 그래프(620)는 가로축에서 코팅 두께의 변화를 나타내고, 세로축에서 방사율의 변화를 나타내며, 도 6d의 그래프(630)는 가로축에서 파장의 변화를 나타내고 세로축에서 방사율의 변화를 나타낸다.The graph 620 of FIG. 6c shows the change in the coating thickness on the abscissa axis, the change in the emissivity on the ordinate axis, and the graph 630 of FIG. 6d shows the change in the wavelength on the abscissa axis and the change of the emissivity on the ordinate axis.

즉, 그래프(620)과 그래프(630)는 코팅층이 증착에 따른 코팅 두께와 방사율의 관계를 예시한다.That is, the graph 620 and the graph 630 illustrate the relationship between the coating thickness and the emissivity according to the deposition of the coating layer.

그래프(620)과 그래프(630)를 참고하면, 코팅층이 증착에 따른 코팅 두께가 증가할수록 파장 범위 8㎛ 내지 13㎛에서 방사율이 증가한다.Referring to the graphs 620 and 630 , as the coating thickness increases according to the deposition of the coating layer, the emissivity increases in the wavelength range of 8 μm to 13 μm.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에서 코팅층이 증착에 따른 코팅 두께가 증가할수록 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 8㎛ 내지 13㎛에서 방사율이 증가될 수 있다.That is, in the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention, as the coating thickness increases according to the deposition of the coating layer, the emissivity increases from 8 μm to 13 μm, which corresponds to the wavelength range of the atmospheric window. can be

예를 들어, 코팅층이 증착에 따른 코팅 두께는 0 내지 20nm의 범위를 가질 수 있다. 여기서, 코팅층을 형성하는 물질은 이산화 규소(SiO2) 이나 하나의 실시예로 이산화 규소는 상술한 코팅 물질 중 어느 하나로 대체 가능하다.For example, the coating thickness according to the deposition of the coating layer may have a range of 0 to 20 nm. Here, the material forming the coating layer is silicon dioxide (SiO 2 ), but in one embodiment, silicon dioxide may be replaced with any one of the above-described coating materials.

도 6e 및 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에서 코팅층이 증착된 홀 패턴층의 두께에 따른 방사율의 변화를 예시한다.6e and 6f illustrate changes in emissivity according to the thickness of the hole pattern layer on which the coating layer is deposited in the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 6e의 그래프(640)는 가로축에서 코팅층이 증착된 홀 패턴층의 두께의 변화를 나타내고, 세로축에서 방사율의 변화를 나타내며, 도 6f의 그래프(650)는 가로축에서 파장의 변화를 나타내고 세로축에서 방사율의 변화를 나타낸다.The graph 640 of FIG. 6E shows the change in the thickness of the hole pattern layer on which the coating layer is deposited on the abscissa axis, and the change in the emissivity on the ordinate axis, and the graph 650 of FIG. 6f shows the change of wavelength on the abscissa axis and the emissivity on the ordinate axis represents a change in

즉, 그래프(640)과 그래프(650)는 코팅층이 증착된 홀 패턴층의 두께와 방사율의 관계를 예시한다.That is, the graph 640 and the graph 650 illustrate the relationship between the thickness of the hole pattern layer on which the coating layer is deposited and the emissivity.

그래프(640)과 그래프(650)를 참고하면, 코팅층이 증착된 홀 패턴층의 두께가 증가할수록 파장 범위 8㎛ 내지 13㎛에서 방사율이 증가한다.Referring to graphs 640 and 650 , as the thickness of the hole pattern layer on which the coating layer is deposited increases, the emissivity increases in a wavelength range of 8 μm to 13 μm.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에서 코팅층이 증착된 홀 패턴층의 두께가 증가할수록 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 8㎛ 내지 13㎛에서 방사율이 증가될 수 있다.That is, in the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention, as the thickness of the hole pattern layer on which the coating layer is deposited increases, the emissivity at 8 μm to 13 μm corresponding to the wavelength range of the atmospheric window can be increased.

예를 들어, 코팅층이 증착된 홀 패턴층의 두께는 1㎛ 내지 50㎛의 범위를 가질 수 있다.For example, the thickness of the hole pattern layer on which the coating layer is deposited may have a range of 1 μm to 50 μm.

그래프(640)과 그래프(650)에 따르면 산화 알루미늄(Al2O3)의 함량이 높아지지만 두께가 50㎛일 시 최고의 방사율을 나타냄을 확인할 수 있다. 여기서, 홀 패턴층을 형성하는 물질을 산화 알루미늄을 이용하여 설명하고 있으나, 상술한 홀 패턴층을 형성하는 다른 물질로 대체 가능하다.According to the graph 640 and the graph 650, although the content of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is increased, it can be confirmed that the highest emissivity is exhibited when the thickness is 50 μm. Here, the material for forming the hole pattern layer is described using aluminum oxide, but it may be substituted with another material for forming the hole pattern layer described above.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 유전율을 비교 설명하는 도면이다.7A to 7C are diagrams for comparing the dielectric constant of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 7a는 종래 기술에 따른 산화 알루미늄의 유전율을 예시하고, 도 7b는 종래 기술에 따른 양극 산화 알루미늄 막의 유전율을 예시하며, 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 유전율을 예시한다.7A illustrates the dielectric constant of aluminum oxide according to the prior art, FIG. 7B illustrates the dielectric constant of an anodized aluminum oxide film according to the prior art, and FIG. 7C is a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention. Illustrating the dielectric constant of the radiative cooling element of

도 7a의 그래프(700)를 참고하면 파장의 변화에 따른 유전율의 변화를 실수(701)와 허수(702)로 구분하여 표시하며, 가로축으로 유전율을 나타낸다.Referring to the graph 700 of FIG. 7A , a change in permittivity according to a change in wavelength is divided into a real number 701 and an imaginary number 702 , and the horizontal axis indicates the permittivity.

또한, 도 7b의 그래프(710)를 참고하면 파장의 변화에 따른 유전율의 변화를 실수(711)와 허수(712)로 구분하여 표시하며, 가로축으로 유전율을 나타낸다.In addition, referring to the graph 710 of FIG. 7B , the change in the permittivity according to the change of the wavelength is divided into a real number 711 and an imaginary number 712 , and the horizontal axis indicates the permittivity.

동일하게, 도 7c의 그래프(720)를 참고하면, 파장의 변화에 따른 유전율의 변화를 실수(721)와 허수(722)로 구분하여 표시하며, 가로축으로 유전율을 나타낸다.Similarly, referring to the graph 720 of FIG. 7C , the change in the permittivity according to the change of wavelength is divided into a real number 721 and an imaginary number 722 , and the horizontal axis indicates the permittivity.

도 7a를 참고하면, 노출 된 Al2O3 층은 파장 범위 10㎛ 이하에서 실수(701)가 허수(702)보다 낮게 나타내므로 복사 냉각기의 재료로 단독으로 사용하기에는 불충분함을 나타낸다.Referring to Fig. 7a, the exposed Al 2 O 3 layer shows that the real number 701 is lower than the imaginary number 702 in the wavelength range of 10 μm or less, indicating that it is insufficient to be used alone as a material of a radiation cooler.

도 7b를 참고하면, 다공성 배열 패턴을 가진 종래 기술에 따른 양극 산화 알루미늄 막은 유효 유전율이 대기의 창 구간에서 상대적으로 실수(711)에 대비하여 높은 허수(712)를 갖는다.Referring to FIG. 7B , the anodized aluminum oxide film according to the prior art having a porous arrangement pattern has an imaginary number 712 having an effective permittivity relatively high compared to a real number 711 in the window section of the atmosphere.

다만, 파장 범위가 11 ㎛근처에서 허수(712)의 강한 피크는 복사 냉각기에서 훨씬 바람직하지만 파장 범위 8 내지 10 ㎛에서 낮은 실수(711) 보다 낮은 허수(712)는 부적절하다고 볼 수 있다.However, it can be seen that the strong peak of the imaginary number 712 in the vicinity of 11 μm in the wavelength range is much preferable in the radiation cooler, but the imaginary number 712 lower than the low real number 711 in the wavelength range of 8 to 10 μm is inappropriate.

도 7c를 참고하면, 종래 기술에 따른 양극 산화 알루미늄 막의 단점을 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자가 보완하여 허수(722)가 8 내지 10 ㎛에서 실수(721)에 대비하여 약 0.5 높은 허수(722)를 가진다.Referring to Figure 7c, the disadvantage of the anodized aluminum film according to the prior art is compensated by the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention, so that the imaginary number 722 is a real number in the range of 8 to 10 μm. It has an imaginary number (722) that is about 0.5 higher than (721).

상술한 허수(702), 허수(712) 및 허수(722)는 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)과 관련되는데, 허수(702), 허수(712) 및 허수(722)가 0보다 크게되면 전기장(electrical field)가 낮아지기 때문에 매체가 빛을 흡수한다.The above-described imaginary numbers 702 , 712 , and 722 are related to Effective medium theory (EMT), when the imaginary numbers 702, 712 and 722 are greater than zero. The medium absorbs light because the electrical field is lowered.

이에 따라, 유전체 물질과 공기의 부피율(volume fraction)은 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)에 따른 산출 값에 기반하여 결정될 수 있다.Accordingly, the volume fraction of the dielectric material and air may be determined based on a calculated value according to an effective medium theory (EMT).

또한, 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)에 따른 산출 값 중 허수는 흡수율 및 방사율과 비례할 수 있다.In addition, an imaginary number among the calculated values according to the effective medium theory (EMT) may be proportional to the absorption rate and the emissivity.

유전율과 흡수의 허수 사이의 관계는 z축을 따라 매체에서 전파되는 빛의 전기장에 대하여 하기 [수학식1]로 표현될 수 있다.The relationship between the permittivity and the imaginary number of absorption can be expressed by the following [Equation 1] for the electric field of light propagating in the medium along the z-axis.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[수학식 1]에서 E0는 전기장 진폭을 나타낼 수 있고, ω는 각 주파수를 나타낼 수 있으며, k = nk0는 매체의 파동 벡터를 나타낼 수 있고, 여기서 n은 매체의 굴절률을 나타낼 수 있으며, k0는 자유 공간의 파동 벡터를 나타낼 수 있다.In [Equation 1], E 0 may represent the electric field amplitude, ω may represent the angular frequency, k = nk 0 may represent the wave vector of the medium, where n may represent the refractive index of the medium, k 0 may represent a wave vector in free space.

한편, 상술한 k에 대하여 k를 [수학식 1]에 대입하면 [수학식 2]와 같을 수 있다.On the other hand, when k is substituted in [Equation 1] for the above-described k, it may be as in [Equation 2].

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

[수학식 2]에서

Figure pat00003
는 증폭 부분을 나타낼 수 있고,
Figure pat00004
는 위상 부분을 나타낼 수 있다. 증폭 부분은 허수부(e'')가 0 이상일 경우에만 상수이고, 나머지는 감쇠 기능이 존재한다. 따라서, 유전율의 허수는 0 이하에서 빛을 흡수한다.In [Equation 2]
Figure pat00003
may represent an amplification moiety,
Figure pat00004
may represent a phase part. The amplification part is constant only when the imaginary part e'' is equal to or greater than 0, and the rest has an attenuation function. Therefore, the imaginary number of permittivity absorbs light below zero.

다시 말해, 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)에 기반하여 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자 상의 두께, 직경, 코팅 두께, 주기 등의 파라미터가 최적의 방사율을 위해 최적화될 수 있다.In other words, parameters such as thickness, diameter, coating thickness, and period on the radiation cooling element based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to the effective medium theory (EMT) can be optimized for optimal emissivity. have.

따라서, 본 발명은 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 높은 방사율을 갖도록 홀 패턴층의 구조 변수와 관련된 주기, 지름 및 두께의 파라미터를 최적화할 수 있다.Accordingly, the present invention can optimize the parameters of the period, diameter and thickness related to the structural parameters of the hole pattern layer to have high emissivity in the wavelength range corresponding to the window of the atmosphere.

또한, 본 발명은 유효 매질 이론(effective medium theory, EMT)을 이용해 AW 구간에서 적외선에 대한 높은 흡수율 및 방사율을 나타낼 수 있는 최적화된 광학적 특성 (permittivity)를 갖는 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention uses an effective medium theory (EMT) to show a high absorption rate and emissivity for infrared rays in the AW section, and has an optimized optical property (permittivity) based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited. A cooling element may be provided.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 흡수율 및 방사율을 비교 설명하는 도면이다.8A to 8C are views for comparing absorption and emissivity of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 8a는 종래 기술에 따른 양극 산화 알루미늄 막의 방사율 시뮬레이션 결과를 예시하고, 도 8b는 유효 유전율에 기반하여 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 방사율 시뮬레이션 결과를 예시하며, 도 8c는 종래 기술과 본 발명을 비교한다.Figure 8a illustrates the emissivity simulation result of the anodized aluminum film according to the prior art, Figure 8b is the emissivity simulation result of the radiation cooling element based on the hole pattern layer in which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention based on the effective dielectric constant 8c compares the prior art with the present invention.

도 8a의 그래프(800), 도 8b의 그래프(810) 및 도 8c의 그래프(820)는 가로축에서 파장의 변화를 세로축에서 방사율을 변화를 나타낸다.The graph 800 of FIG. 8A , the graph 810 of FIG. 8B , and the graph 820 of FIG. 8C represent changes in wavelength on the horizontal axis and changes in emissivity on the vertical axis.

도 8a의 그래프(800)를 참고하면, 종래 기술에 따른 양극 산화 알루미늄 막은 10 내지 13.5㎛의 파장 범위에서 높은 방사율 대역을 가진 스펙트럼을 생성하지만 나머지 대기의 창 구간인 8㎛ 내지 10㎛에서는 낮은 방사율을 나타낸다.Referring to the graph 800 of FIG. 8A , the anodized aluminum oxide film according to the prior art generates a spectrum having a high emissivity band in a wavelength range of 10 to 13.5 μm, but low emissivity in the window section of the remaining atmosphere, 8 μm to 10 μm. indicates

도 8b의 그래프(810)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자는 대기의 창 전 구간에서 평균 방사율 0.7 내지 0.89를 가진다.Referring to the graph 810 of FIG. 8B , the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention has an average emissivity of 0.7 to 0.89 in the entire window of the atmosphere.

도 8c의 그래프(820)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자가 종래 기술에 대비하여 대기의 창 전 구간(8㎛ 내지 13㎛)에서 모두 높은 방사율을 가짐을 확인할 수 있다.Referring to the graph 820 of FIG. 8C , the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention is compared to the prior art in the entire window (8 μm to 13 μm) in the atmosphere. It can be seen that all of them have high emissivity.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 냉각 플럭스를 설명하는 도면이다.9A and 9B are views for explaining the cooling flux of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 9a는 hcc = 6 Wm-2K-1 일 때 온도의 함수로서 설계된 복사 냉각기의 이론적 냉각 플럭스를 예시하고, 도 9b는 Tamb = 303 K에서 다양한 hcc로 온도 차이 T의 함수로서 복사 냉각기의 이론적 냉각 플럭스를 예시한다.Figure 9a illustrates the theoretical cooling flux of a designed radiation cooler as a function of temperature when hcc = 6 Wm-2K-1, and Figure 9b illustrates the theoretical cooling of the radiation cooler as a function of temperature difference T at Tamb = 303 K to various hcc. Flux is exemplified.

도 9a의 그래프(900)는 가로축에서 절대 온도의 변화와 세로축에서 냉각 플럭스를 나타낸다.The graph 900 of FIG. 9A shows the change in absolute temperature on the abscissa axis and the cooling flux on the ordinate axis.

도 9b의 그래프(910)는 가로축에서 온도차이를 나타내고 세로축에서 냉각 플럭스를 나타낸다.The graph 910 of FIG. 9B shows the temperature difference on the horizontal axis and the cooling flux on the vertical axis.

도 9a의 그래프(900)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자는 303K에서 140W/m-2k 이상의 냉각 플럭스를 나타낸다.Referring to the graph 900 of FIG. 9A , the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention exhibits a cooling flux of 140 W/m -2k or more at 303K.

도 9b의 그래프(910)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자는 주변 온도보다 약 15.5K 낮은 287.5K를 가짐에 따라 확실한 냉각 효과를 제공함을 확인할 수 있다.Referring to the graph 910 of FIG. 9B , the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention has a positive cooling effect as it has 287.5K, which is about 15.5K lower than the ambient temperature. can confirm.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험을 설명하는 도면이다.10A to 10D are diagrams for explaining a radiation cooling experiment using a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 표면 냉각 측정 실험을 위한 개략도를 예시한다.10A illustrates a schematic diagram for a surface cooling measurement experiment of a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 10a를 참고하면, 표면 냉각 측정 실험 환경(1000)은 우드 프레임(1001) 사이에 투명 아크릴(1002)판이 위치하고, 투명 아크릴(1002)판 상에 폴리스타이렌(1003)이 위치하고, 폴리스타이렌(1003) 상에 샘플(1004)이 위치하는데 샘플(1004) 폴리스타이렌(1003)은 온도계가 위치하고, 대기의 온도를 측정하기 위해 온도계가 추가로 위치한다.Referring to FIG. 10A, in the surface cooling measurement experiment environment 1000, a transparent acrylic 1002 plate is positioned between the wood frames 1001, polystyrene 1003 is positioned on a transparent acrylic 1002 plate, and polystyrene 1003 is on A sample 1004 is positioned on the sample 1004, and a thermometer is positioned on the polystyrene 1003, and a thermometer is additionally positioned to measure the temperature of the atmosphere.

또한, 우드 프레임(1001)의 개방된 상부 영역은 폴리에틸렌(1006)에 의해 덮어지고, 폴리에틸렌(1006)은 알루미늄 호일(1005) 사이에 위치한다.Further, the open upper area of the wood frame 1001 is covered by polyethylene 1006 , and the polyethylene 1006 is positioned between the aluminum foils 1005 .

도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자와 금속판에 흰색 페인트가 도포된 비교 대상 사이의 방사율을 비교한다.10B compares the emissivity between a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention and a comparison target in which white paint is applied to a metal plate.

도 10b의 그래프(1010)를 참고하면, 그래프(1010)의 가로축은 파장의 변화를 나타내고, 세로축은 방사율의 변화를 나타낸다.Referring to the graph 1010 of FIG. 10B , the horizontal axis of the graph 1010 indicates a change in wavelength, and the vertical axis indicates a change in emissivity.

본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에 해당하는 그래프선(1011)과 금속판에 흰색 페인트가 도포된 비교 대상에 해당하는 그래프선(1012)을 비교하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자의 방사율이 상대적으로 대기의 창 구간에서 우수하다.Comparing the graph line 1011 corresponding to the radiation cooling element based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention is compared with the graph line 1012 corresponding to the comparison target in which white paint is applied to the metal plate, The emissivity of the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention is relatively excellent in the window section of the atmosphere.

도 10c는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자와 금속판에 흰색 페인트가 도포된 비교 대상 사이의 적외선 입사각에 대한 방사율을 비교한다.FIG. 10c compares the emissivity with respect to the incident angle of infrared rays between the radiation cooling device based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention and a comparison object in which white paint is applied to a metal plate.

도 10c의 그래프(1020)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자는 적외선과 수직을 이루는 기준선에 대하여 적외선이 0도 내지 50도의 입사각으로 입사될 경우, 0.6 이상의 적외선 방사율 및 흡수율을 갖을 수 있다.Referring to the graph 1020 of FIG. 10C , in the radiation cooling device according to an embodiment of the present invention, when infrared rays are incident at an incident angle of 0 degrees to 50 degrees with respect to a reference line perpendicular to infrared rays, infrared emissivity and absorption coefficient of 0.6 or more can have

한편, 금속판에 흰색 페인트가 도포된 비교 대상은 동일한 조건에서 0.3 내지 0. 4의 방사율을 갖는다.On the other hand, a comparison object coated with white paint on a metal plate has an emissivity of 0.3 to 0.4 under the same conditions.

도 10d는 도 10a에서 설명된 표면 냉각 측정 실험 환경(1000)의 포토 이미지(1030)를 예시한다.10D illustrates a photo image 1030 of the surface cooling measurement experimental environment 1000 described in FIG. 10A .

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자를 이용한 복사 냉각 실험 결과를 설명하는 도면이다.11 is a view for explaining the results of a radiation cooling experiment using a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자에 의한 온도 측정 실험 결과를 예시한다.11 illustrates a temperature measurement experiment result by a radiation cooling device based on a hole pattern layer on which a coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention.

도 11의 그래프(1100)를 참고하면, 태양 방사 조도 및 시간의 변화에 따른 온도의 변화를 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층이 증착된 홀 패턴층 기반의 복사 냉각 소자(1101), 금속(1102) 및 실내(1103)와 비교한다.Referring to the graph 1100 of FIG. 11 , the change in temperature according to the change of solar irradiance and time is measured by the radiation cooling element 1101 based on the hole pattern layer on which the coating layer is deposited according to an embodiment of the present invention, the metal ( 1102 ) and indoor 1103 .

복사 냉각 소자(1101)는 금속(1102) 및 실내(1103)에 대비하여 낮은 온도가 측정된다.The radiation cooling element 1101 has a lower temperature compared to the metal 1102 and the room 1103 .

따라서, 복사 냉각 소자(1101)는 태양이 떠있는 낮 동안에도 주변 온도를 효율적으로 냉각 시키는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the radiation cooling element 1101 efficiently cools the ambient temperature even during the day when the sun is shining.

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 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a radiation cooling device that cools the ambient temperature without energy consumption even during day time when sunlight is shining or night time when sunlight is not shining.

더하여, 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.In addition, the present invention can be applied to the external surface of materials that require 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 energy consumption.

상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, elements included in the invention are expressed in the singular or plural according to the specific embodiments presented.

그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, the singular or plural expression is appropriately selected for the situation presented for convenience of description, and the above-described embodiments are not limited to the singular or plural component, and even if the component is expressed in plural, it is composed of a singular or , even a component expressed in a singular may be composed of a plural.

한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.On the other hand, although specific embodiments have been described in the description of the invention, various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea contained in the various embodiments.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.

100: 복사 냉각 소자 101: 두께
102: 주기 103: 직경
110: 반사층 120: 홀 패턴층
130: 코팅층
100: radiant cooling element 101: thickness
102: cycle 103: diameter
110: reflective layer 120: hole pattern layer
130: coating layer

Claims (13)

복수의 구멍(pore)을 가지고, 상기 복수의 구멍(pore) 간에 주기(period)가 존재하고, 상기 복수의 구멍의 직경(diameter) 및 상기 주기(period)는 유전체 물질(dielectric material)과 공기의 부피율(volume fraction)에 기반하여 형성되는 홀 패턴층을 포함하고,
상기 홀 패턴층에 기반하여 대기의 창(atmospheric window, AW)에 해당되는 파장 범위에서의 적외선을 흡수 및 방사하되, 상기 홀 패턴층의 두께(thickness), 상기 직경(diameter) 및 상기 주기(period) 중 적어도 하나에 기반하여 상기 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율이 제어되는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
having a plurality of pores, wherein a period exists between the plurality of pores, and a diameter of the plurality of pores and the period is determined by a ratio between a dielectric material and air A hole pattern layer formed based on a volume fraction,
Absorbing and emitting infrared rays in a wavelength range corresponding to an atmospheric window (AW) based on the hole pattern layer, the thickness of the hole pattern layer, the diameter, and the period ), characterized in that the absorption and emissivity related to the infrared light are controlled based on at least one of
Radiant cooling element.
제1항에 있어서,
상기 홀 패턴층 상에 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나가 코팅되는 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
According to claim 1,
SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , AlN, LiF, MgF 2 , HfO 2 At least one of MgF 2 , HfO 2 and BaSO 4 on the hole pattern layer Characterized in that it further comprises a coating layer to be coated
Radiant cooling element.
제2항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 제어된 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율을 증가 시키는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
3. The method of claim 2,
The coating layer is characterized in that it increases the absorptivity and emissivity related to the controlled infrared.
Radiant cooling element.
제3항에 있어서,
상기 코팅층의 두께는 상기 증가되는 흡수율 및 방사율과 비례하는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
4. The method of claim 3,
The thickness of the coating layer is characterized in that proportional to the increased absorption and emissivity
Radiant cooling element.
제2항에 있어서,
상기 복사 냉각 소자는 상기 적외선과 수직을 이루는 기준선에 대하여 상기 적외선이 0도 내지 50도의 입사각으로 입사될 경우, 0.6 이상의 적외선 방사율 및 흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
3. The method of claim 2,
The radiation cooling element has an infrared emissivity and absorption coefficient of 0.6 or more when the infrared rays are incident at an incident angle of 0 to 50 degrees with respect to a reference line perpendicular to the infrared rays
Radiant cooling element.
제1항에 있어서,
상기 홀 패턴층은 프리-스탠딩(free-standing)의 다공성 박막 구조를 갖는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
According to claim 1,
The hole pattern layer is characterized in that it has a free-standing porous thin film structure.
Radiant cooling element.
제1항에 있어서,
상기 유전체 물질(dielectric material)과 공기의 부피율(volume fraction)은 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)에 따른 산출 값에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
The method of claim 1,
The dielectric material and the volume fraction of air are determined based on a calculated value according to an effective medium theory (EMT)
Radiant cooling element.
제7항에 있어서,
상기 유전체 물질(dielectric material)은 SiO2, Al2O3, CaCO3, CaSO4, c-BN, ZrO2, MgHPO4, Ta2O5, AlN, LiF, MgF2, HfO2 및 BaSO4 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
8. The method of claim 7,
The dielectric material is selected from among SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , c-BN, ZrO 2 , MgHPO 4 , Ta 2 O 5 , AlN, LiF, MgF 2 , HfO 2 and BaSO 4 . comprising at least one
Radiant cooling element.
제8항에 있어서,
상기 부피율(volume fraction)에서 상기 유전체 물질(dielectric material)의 비율이 증가할수록, 상기 적외선과 관련된 흡수율 및 방사율이 증가되는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
9. The method of claim 8,
wherein as the ratio of the dielectric material in the volume fraction increases, the infrared-related absorption and emissivity increase.
Radiant cooling element.
제7항에 있어서,
상기 공기의 부피는 상기 직경(diameter)에 비례하는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
8. The method of claim 7,
The volume of the air is characterized in that proportional to the diameter (diameter)
Radiant cooling element.
제7항에 있어서,
상기 유효 매질 이론(Effective medium theory, EMT)에 따른 산출 값은 상기 제어되는 흡수율 및 방사율과 비례하는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
8. The method of claim 7,
The calculated value according to the effective medium theory (EMT) is characterized in that it is proportional to the controlled absorption and emissivity
Radiant cooling element.
제1항에 있어서,
상기 홀 패턴층 아래 금속 물질로 형성되 태양광을 반사하는 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
According to claim 1,
A reflective layer formed of a metal material under the hole pattern layer and reflecting sunlight, characterized in that it further comprises
Radiant cooling element.
제12항에 있어서,
상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe) 및 백금(Pt) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는
복사 냉각 소자.
13. The method of claim 12,
The reflective layer is silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (cu), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), iron (Fe) and platinum ( Pt), characterized in that it is formed of at least any one metal material selected from or an alloy material in which at least two are combined.
Radiant cooling element.
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