KR20220130378A - 야광 물질을 이용한 야광 복사 냉각 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 야광 물질을 이용한 야광 복사 냉각 소자에 관한 것으로, 태양광 스펙트럼인 가시광선의 흡수를 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방사하여 물질 온도를 냉각하는 복사 냉각 소자에 야광 물질을 활용하여 야광 물질에 대응하는 색상을 발광하는 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자는 기판 상에 금속 물질이 증착 형성되어 가시광선 영역의 태양광을 반사하는 반사층 및 상기 반사층 상에 폴리머 혼합제와 야광 물질의 무게 비율에 기반하여 상기 폴리머 혼합제와 상기 야광 물질이 혼합된 야광 혼합물이 코팅되어 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 흡수 및 방사하면서 상기 야광 물질에 대응하는 색상을 발광하는 야광 복사 냉각층을 포함할 수 있다.

Description

야광 물질을 이용한 야광 복사 냉각 소자{LUMINOUS RADIATIVE COOLING DEVICE WITH SELF LUMINOUS MATERIALS}
본 발명은 야광 물질을 이용한 야광 복사 냉각 소자에 관한 것으로, 태양광 스펙트럼인 가시광선의 흡수를 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방사하여 물질 온도를 냉각하는 복사 냉각 소자에 야광 물질을 활용하여 야광 물질에 대응하는 색상을 발광하는 기술에 관한 것이다.
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.
수동형 냉각 소자의 효율은 소자 자체의 광특성 측정을 통해서 확인 할 수 있다.
열 방출을 위해서는 장파장 적외선 영역에서의 높은 흡수율 또는 방사율을 가짐에 따라 우주로 열을 잘 내뿜을 수 있어야 한다.
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.
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.
가시광선 및 장파장 적외선의 흡수율이 매우 중요한 냉각 소자의 특성을 활용하여 소자 자체의 각 파장대에 대한 광특성을 측정함으로써 냉각 효율을 확인할 수 있다.
현재 제로 에너지(zero energy) 복사 냉각에서 문제점 중 하나는 냉각구조체의 색상이 제한된다는 것이다.
현재의 복사냉각 구조체에서 가시광선을 효과적으로 반사하는 소재는 금속을 사용하고, 대기의 창(sky window) 파장대인 중적외선 방사소재는 투명한 소재를 사용하여 거의 모든 복사 냉각 소자의 색상은 가시광선 반사 소재인 금속 색상을 나타내게 된다.
따라서 자동차, 건축물 등에 사용될 경우 색상이 금속 색상으로 한정되고 있으며 발광성 등의 새로운 기능성을 부여하기 어려워 복사 냉각 소자의 응용에 있어서 단점으로 나타나고 있다.
한국등록특허 제10-2154072호, "복사냉각에서 색상 구현이 가능한 냉각재 및 이를 이용한 색상 구현 방법" 미국등록특허 제10386097호, "SYSTEM AND METHODS FOR RADIATIVE COOLING AND HEATING" 한국공개특허 제10-2019-0061744호, "발광체, 이를 포함하는 발광 필름, 발광다이오드 및 발광장치" 한국등록특허 제10-2036071호, "다층 복사 냉각 구조"
본 발명은 대기의 창의 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방사하여 물질 온도를 냉각하는 복사 냉각 소자에 야광 물질을 활용하여 야광 물질에 대응하는 색상을 발광하는 야광 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 가시광선의 흡수율을 최소화하여 야광성을 부여함으로써 기존 금속 색상만 을 가지는 냉각 소자의 기능적 한계를 극복하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 태양빛이 비치는 낮(day time)이나 태양빛이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 주변 온도(ambient temperature)를 냉각 시키면서도 야광의 심미적 기능을 제공하는 야광 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 건축자재, 유리, 자동차 자재, 항공장비, 에너지 절감형 데이터 센터, 웨어러블 센서, 전자기기, 친환경 태양전지 등 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 냉각이 필요한 자동차, 건물, 컨테이너 외벽 등에 활용됨에 따라 물질을 냉각하는데 전원이 필요하지 않은 복사 냉각 소자의 특성에 따라 전원 공급이 원활하지 않은 아프리카 등 해외에서 활용될 수 있는 야광 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자는 기판 상에 금속 물질이 증착 형성되어 가시광선 영역의 태양광을 반사하는 반사층 및 상기 반사층 상에 폴리머 혼합제와 야광 물질의 무게 비율에 기반하여 상기 폴리머 혼합제와 상기 야광 물질이 혼합된 야광 혼합물이 코팅되어 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 흡수 및 방사하면서 상기 야광 물질에 대응하는 색상을 발광하는 야광 복사 냉각층을 포함할 수 있다.
상기 야광 혼합물은 상기 폴리머 혼합제의 전체 중량 대비 상기 야광 물질의 중량이 1 중량% 내지 30 중량%의 상기 무게 비율에 기반하여 혼합될 수 있다.
상기 야광 복사 냉각층은 상기 무게 비율과 상기 야광 물질에 대응하는 색상에 기반하여 가시광선 흡광도가 결정될 수 있다.
상기 야광 복사 냉각층은 475nm 내지 700nm의 파장 범위에서 상기 결정되는 가시광선 흡광도가 10% 이하일 수 있다.
상기 야광 복사 냉각층은 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 동일한 경우, 상기 무게 비율에 비례하여 상기 가시광선 흡광도가 증가될 수 있다.
상기 야광 복사 냉각층은 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 블루인 경우에 대비하여 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 레드 또는 그린인 경우 상기 가시광선 흡광도가 증가될 수 있다.
상기 야광 복사 냉각층은 상기 무게 비율에 비례하여 발광 강도(PL intensity)가 증가될 수 있다.
상기 야광 복사 냉각층은 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 블루인 경우, 475nm 내지 525nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가지고, 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 그린인 경우, 500nm 내지 550nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가지며, 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 레드인 경우, 450nm 내지 475nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가질 수 있다.
상기 야광 복사 냉각층은 상기 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 80% 이상 흡수 및 방사할 수 있다.
상기 폴리머 혼합제는 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethyl methacrylate) 및 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe) 및 백금(Pt) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 기판은 유리(glass), PET(polyethylene terephthalate) 및 ITO(Indium tin oxide) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명은 대기의 창의 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방사하여 물질 온도를 냉각하는 복사 냉각 소자에 야광 물질을 활용하여 야광 물질에 대응하는 색상을 발광하는 야광 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 가시광선의 흡수율을 최소화하여 야광성을 부여함으로써 기존 금속 색상만 을 가지는 냉각 소자의 기능적 한계를 극복할 수 있다.
본 발명은 태양빛이 비치는 낮(day time)이나 태양빛이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 주변 온도(ambient temperature)를 냉각 시키면서도 야광의 심미적 기능을 제공하는 야광 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 건축자재, 유리, 자동차 자재, 항공장비, 에너지 절감형 데이터 센터, 웨어러블 센서, 전자기기, 친환경 태양전지 등 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공할 수 있다.
본 발명은 냉각이 필요한 자동차, 건물, 컨테이너 외벽 등에 활용됨에 따라 물질을 냉각하는데 전원이 필요하지 않은 복사 냉각 소자의 특성에 따라 전원 공급이 원활하지 않은 아프리카 등 해외에서 활용될 수 있는 야광 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자를 설명하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 가시광선 파장대의 흡수율을 설명하는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서의 적외선 흡수율을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 발광 강도를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자에 적용되는 야광 물질의 색 및 무게비율 별 가시광선 흡광도를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 냉각 성능을 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 야광 특성을 설명하는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
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.
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.
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.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"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.
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.
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.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
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.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
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.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자를 설명하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 구성 요소 및 구조를 예시한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자(100)는 기판(110), 반사층(120) 및 야광 복사 냉각층(130)을 포함한다.
일례로, 야광 복사 냉각 소자(100)는 가시광선을 반사하기 위한 금속 물질로 반사층(120)이 형성되고, 대기의 창(sky window)에 해당하는 파장 범위의 적외선을 흡수 및 방사하기 위한 폴리머 혼합물에 야광 물질이 혼합된 야광 혼합물로 야광 복사 냉각층(130)이 형성되며, 각 층의 형성 공정은 상온 및 대기압에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 반사층(120)은 기판(110) 상에 금속 물질이 증착 형성되어 가시광선 영역의 태양광을 반사한다.
예를 들어, 기판(110)은 유리(glass), PET(polyethylene terephthalate) 및 ITO(Indium tin oxide) 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.
일례로, 반사층(120)은 기판(110) 상에 금속 물질을 열 증착하여 가시광선 영역의 태양광을 반사하는 가시광선 반사층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 금속 물질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe) 및 백금(Pt) 중 적어도 어느 하나의 금속 물질을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 반사층(120)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe) 및 백금(Pt) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 야광 복사 냉각층(130)은 반사층(120) 상에 폴리머 혼합제와 야광 물질의 무게 비율에 기반하여 폴리머 혼합제와 야광 물질이 혼합된 야광 혼합물이 코팅되어 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 흡수 및 방사하면서 야광 물질에 대응하는 색상을 발광할 수 있다.
일례로, 야광 복사 냉각 소자(100)는 야광 복사 냉각층(130)이 폴리머 혼합제에 야광 물질이 혼합된 야광 혼합물로 형성됨에 따라 가시광선의 흡수를 최소화하면서 태양광이 입사하지 않는 밤 동안에 야광 물질에 대응하는 특정한 색상의 빛을 발광할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 야광 혼합물은 폴리머 혼합제의 전체 중량 대비 야광 물질의 중량이 1 중량% 내지 30 중량%의 무게 비율에 기반하여 혼합될 수 있다.
즉, 야광 혼합물은 폴리머 혼합제의 중량이 1이라고 할 시, 그에 대한 중량 비율인 1 중량% 내지 30 중량%으로 혼합될 수 있다.
예를 들어, 폴리머 혼합제의 중량이 100g라고 하면 야광물질의 중량은 1g 내지 30g일 수 있다.
야광 복사 냉각층(130)은 폴리머 혼합제와 야광 물질의 무게 비율과 야광 물질에 대응하는 색상에 기반하여 가시광선 흡광도가 결정될 수 있다.
즉, 야광 복사 냉각층(130)은 폴리머 혼합제와 야광 물질 간의 중량 비율과 야광 물질이 발광하는 색상에 따라 가시광선 흡광도가 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 야광 복사 냉각층(130)은 475nm 내지 700nm의 파장 범위에서 폴리머 혼합제와 야광 물질 간의 중량 비율과 야광 물질이 발광하는 색상에 따라 결정되는 가시광선 흡광도가 10% 이하일 수 있다.
일례로, 야광 복사 냉각층(130)은 가시광선 흡광도가 10% 이하임에 따라 복사 냉각능을 구현할 수 있다.
예를 들어, 가시광선 흡광도가 10% 이상인 경우, 열의 유입이 기준치를 초과하여 복사 냉각 소자로서 냉각 효과를 제공하기 어려울 수 있다.
야광 복사 냉각층(130)은 야광 물질에 대응하는 색상이 동일한 경우, 무게 비율에 비례하여 가시광선 흡광도가 증가된다.
즉, 야광 혼합물에서 야광 물질의 비율이 증가될 수 록 가시광선 흡광도가 증가할 수 있다.
따라서, 야광 복사 냉각층(130)을 형성하는 야광 혼합물에서 야광 물질의 무게 비율은 가시광선 흡광도 및 발광 강도를 고려하여 결정되어야한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 야광 복사 냉각층(130)은 폴리머 혼합제와 야광 물질의 무게 비율에 비례하여 발광 강도가 증가될 수 있다.
즉, 야광 혼합물에서 야광 물질의 비율이 증가될 수 록 발광 강도가 증가할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 야광 복사 냉각층(130)은 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 80 % 이상 흡수 및 방사할 수 있다.
따라서, 야광 복사 냉각층(130)은 야광 복사 냉각 소자(100) 하면에 위치하는 물질의 온도를 낮출 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 폴리머 혼합제는 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethyl methacrylate) 및 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 폴리머 혼합제는 경화제 및 주제의 무게 비율이 1 : 10으로 섞인 물질일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 야광 복사 냉각층(130)은 진공 환경을 통해 폴리머 혼합제와 야광 물질이 혼합된 야광 혼합물의 내부에 들어간 기포를 모두 제거한 뒤, 반사층(120) 상에 스핀코팅을 통해 코팅되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 스핀코팅법은 용액을 기반으로 분당회전속도를 조절함으로써 기판(110) 위에 형성되는 박막의 두께를 조절할 수 있는 장치로서 대면적 코팅에 매우 유리한 코팅법이다.
본 발명의 일실시예에 다른 야광 복사 냉각 소자(100)는 상온 상압 및 용액 공정의 장점으로 인해 추후 PET와 같은 유연 기판(flexible substrate)에도 효과적으로 접목시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자(100)의 복사 냉각 효율은 가시광선의 반사율과 적외선 장파장대의 흡수 및 방사율에 의해 결정될 수 있다.
일례로, 야광 복사 냉각 소자(100)는 태양광 스펙트럼인 가시광선의 흡수를 최소화하면서도 야광 복사 냉각 소자(100) 아래의 열을 외부로 방사하여 물질 온도를 냉각하면서 야광물질을 활용하여 발광 능력을 보유할 수 있다.
즉, 본 발명은 대기의 창의 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방사하여 물질 온도를 냉각하는 복사 냉각 소자에 야광 물질을 활용하여 야광 물질에 대응하는 색상을 발광하는 야광 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 가시광선의 흡수율을 최소화하여 야광성을 부여함으로써 기존 금속 색상만을 가지는 냉각 소자의 기능적 한계를 극복할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 가시광선 파장대의 흡수율을 설명하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 가시광선 영역의 태양광에 대한 흡수율을 예시한다.
도 2a의 그래프(200)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자는 가시광선 영역의 파장대에 포함되는 450nm 내지 700nm의 파장대에서 10% 이하의 가시광선 흡수율을 보여준다.
즉, 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층은 가시광선 흡광도가 10% 이하임에 따라 복사 냉각능을 구현할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서의 적외선 흡수율을 설명하는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서의 적외선 흡수율을 예시한다.
도 2b의 그래프(210)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자는 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 8㎛ 내지 13㎛에서 80% 이상의 높은 흡수율을 나타낸다.
즉, 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층은 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 80 % 이상 흡수 및 방사할 수 있다.
그래프(200) 및 그래프(210)에 따르면, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자는 가시광선 영역의 태양광을 10% 이하로 흡수하면서, 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 80% 이상 흡수 및 방사함에 따라 복사 냉각 소자로서 효율성이 우수할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 발광 강도를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자에 포함되는 야광 물질의 무게 비율에 따른 발광 강도를 예시한다.
도 3을 참고하면, 그래프(300)는 1 중량% 내지 30 중량%의 무게 비율에 따른 야광 복사 냉각 소자의 발광 강도(PL intensity)를 나타낸다.
그래프(300)는 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층을 형성하는 야광 혼합물에서 야광 물질의 중량 비율이 증가할 수 록 발광 강도가 증가되는 특성을 나타낸다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자는 가시광선 영역의 파장대에 포함되는 450nm 내지 700nm의 파장대에서 높은 발광 강도를 제공할 수 있으며, 발광 강도는 야광 혼합물에 포함되는 야광 물질의 중량이 증가할 수 록 증가될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자에 적용되는 야광 물질의 색 및 무게비율 별 가시광선 흡광도를 설명하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 그래프(400)의 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡광도를 나타낸다.
그래프(400)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층에 야광 물질이 블루에 대응하는 색상을 나타내고, 무게 비율이 10 중량% 내지 30 중량%인 경우, 야광 물질이 레드에 대응하는 색상을 나타내고, 무게 비율이 5 중량%인 경우 및 야광 물질이 그린에 대응하는 색상을 나타내고, 무게 비율이 3 중량%인 경우를 예시한다.
그래프(400)를 참고하면, 야광 복사 냉각층은 475nm 내지 700nm의 파장 범위에서 상기 결정되는 가시광선 흡광도가 10% 이하이고, 야광 물질에 대응하는 색상이 동일한 경우, 무게 비율에 비례하여 가시광선 흡광도가 증가되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 야광 복사 냉각층은 야광 물질에 대응하는 색상이 블루인 경우에 대비하여 야광 물질에 대응하는 색상이 레드 또는 그린인 경우 가시광선 흡광도가 증가되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 야광 복사 냉각층은 가시광선 흡광도가 10% 이하임에 따라 복사 냉각능을 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 냉각 성능을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층이 폴리머 혼합제와 야광 물질의 무게 비율이 10 중량%이고, 야광 물질에 대응하는 색상이 블루인 경우에 복사 냉각 성능 실험 결과를 예시한다.
도 5를 참고하면, 그래프(500)의 가로축은 시간의 변화를 나타내고, 세로축은 온도의 변화를 나타낸다.
다시 말해, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층이 폴리머 혼합제 무게 대비 10 중량 %의 야광 물질이 혼합된 야광 혼합물을 이용하여 형성된 경우, 낮 시간대의 가시광선의 흡수율이 10%를 넘지 않고, 대기의 창의 파장 범위에 해당하는 장파장 적외선의 흡수율이 80% 이상임에 따라 낮 시간대에서는 실온(ambient) 대비 최대 6 ℃의 냉각 성능을 나타내고, 밤 시간대에는 실온 대비 최대 1.2℃의 냉각 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자는 낮 시간대와 밤 시간대 모두에서 우수한 복사 냉각 성능을 나타낼 수 있다.
따라서, 본 발명은 태양빛이 비치는 낮(day time)이나 태양빛이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 주변 온도(ambient temperature)를 냉각 시키면서도 야광의 심미적 기능을 제공하는 야광 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 건축자재, 유리, 자동차 자재, 항공장비, 에너지 절감형 데이터 센터, 웨어러블 센서, 전자기기, 친환경 태양전지 등 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 제공할 수 있다.
도 6a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자의 야광 특성을 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 블루 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 스펙트럼(spectrum), 야광색 색좌표계 및 야광 물질의 무게비율에 따른 발광 강도 변화를 예시한다.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 블루 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 스펙트럼(spectrum)을 예시한다.
도 6a를 참고하면, 그래프(600)는 야광 복사 냉각 소자가 블루 영역의 빛을 발광하는 경우, 가로축에서 파장의 변화를 나타내고, 세로축에서 발광 강도의 변화를 나타낸다.
그래프(600)를 참고하면, 야광 복사 냉각층은 야광 물질에 대응하는 색상이 블루인 경우, 475nm 내지 525nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가질 수 있다.
즉, 야광 복사 냉각층은 사람이 눈으로 잘 식별할 수 있는 가시광선의 파장 영역에서 발광 피크 값을 가질 수 있다.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 블루 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 색좌표계를 나타낸다.
도 6b를 참고하면, 그래프(610)는 야광 복사 냉각 소자가 블루 영역의 빛을 발광하는 경우, 색 좌표계를 나타내는데, 야광 복사 냉각 소자가 블루 영역의 빛을 잘 발광하고 있음을 확인할 수 있다.
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 블루 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광 물질의 무게비율에 따른 발광 강도 변화를 예시한다.
도 6c를 참고하면, 이미지(620)는 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층을 형성하는 야광 혼합물에서 야광 물질의 무게 비율이 증가됨에 따른 야광색 변화를 예시한다.
이미지(620)는 야광 물질의 무게 비율이 증가됨에 따른 야광색의 발광 강도가 증가됨을 나타내고 있다.
즉, 야광 복사 냉각층은 폴리머 혼합제와 야광 물질 간의 무게 비율이 증가될 수록, 발광 강도 및 야광색을 나타내는 정도가 증가됨을 나타내고 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 그린 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 스펙트럼(spectrum), 야광색 색좌표계 및 야광 물질의 무게비율에 따른 발광 강도 변화를 예시한다.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 그린 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 스펙트럼(spectrum)을 예시한다.
도 7a를 참고하면, 그래프(600)는 야광 복사 냉각 소자가 그린 영역의 빛을 발광하는 경우, 가로축에서 파장의 변화를 나타내고, 세로축에서 발광 강도의 변화를 나타낸다.
그래프(700)를 참고하면, 야광 복사 냉각층은 야광 물질에 대응하는 색상이 그린인 경우, 500nm 내지 550nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가질 수 있다.
즉, 야광 복사 냉각층은 사람이 눈으로 잘 식별할 수 있는 가시광선의 파장 영역에서 발광 피크 값을 가질 수 있다.
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 그린 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 색좌표계를 나타낸다.
도 7b를 참고하면, 그래프(710)는 야광 복사 냉각 소자가 그린 영역의 빛을 발광하는 경우, 색 좌표계를 나타내는데, 야광 복사 냉각 소자가 그린 영역의 빛을 잘 발광하고 있음을 확인할 수 있다.
도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 그린 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광 물질의 무게비율에 따른 발광 강도 변화를 예시한다.
도 7c를 참고하면, 이미지(720)는 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층을 형성하는 야광 혼합물에서 야광 물질의 무게 비율이 증가됨에 따른 야광색 변화를 예시한다.
이미지(720)는 야광 물질의 무게 비율이 증가됨에 따른 야광색의 발광 강도가 증가됨을 나타내고 있다.
즉, 야광 복사 냉각층은 폴리머 혼합제와 야광 물질 간의 무게 비율이 증가될 수록, 발광 강도 및 야광색을 나타내는 정도가 증가됨을 나타내고 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 레드 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 스펙트럼(spectrum), 야광색 색좌표계 및 야광 물질의 무게비율에 따른 발광 강도 변화를 예시한다.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 레드 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 스펙트럼(spectrum)을 예시한다.
도 8a를 참고하면, 그래프(600)는 야광 복사 냉각 소자가 레드 영역의 빛을 발광하는 경우, 가로축에서 파장의 변화를 나타내고, 세로축에서 발광 강도의 변화를 나타낸다.
그래프(800)를 참고하면, 야광 복사 냉각층은 야광 물질에 대응하는 색상이 레드인 경우, 450nm 내지 475nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가질 수 있다.
즉, 야광 복사 냉각층은 사람이 눈으로 잘 식별할 수 있는 가시광선의 파장 영역에서 발광 피크 값을 가질 수 있다.
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 레드 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광색 색좌표계를 나타낸다.
도 8b를 참고하면, 그래프(810)는 야광 복사 냉각 소자가 레드 영역의 빛을 발광하는 경우, 색 좌표계를 나타내는데, 야광 복사 냉각 소자가 레드 영역의 빛을 잘 발광하고 있음을 확인할 수 있다.
도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 야광 복사 냉각 소자가 그린 영역의 빛을 발광하는 경우에 야광 물질의 무게비율에 따른 발광 강도 변화를 예시한다.
도 7c를 참고하면, 이미지(820)는 야광 복사 냉각 소자의 야광 복사 냉각층을 형성하는 야광 혼합물에서 야광 물질의 무게 비율이 증가됨에 따른 야광색 변화를 예시한다.
이미지(820)는 야광 물질의 무게 비율이 증가됨에 따른 야광색의 발광 강도가 증가됨을 나타내고 있다.
즉, 야광 복사 냉각층은 폴리머 혼합제와 야광 물질 간의 무게 비율이 증가될 수록, 발광 강도 및 야광색을 나타내는 정도가 증가됨을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명은 냉각이 필요한 자동차, 건물, 컨테이너 외벽 등에 활용됨에 따라 물질을 냉각하는데 전원이 필요하지 않은 복사 냉각 소자의 특성에 따라 전원 공급이 원활하지 않은 아프리카 등 해외에서 활용될 수 있는 야광 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.
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.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 야광 복사 냉각 소자 110: 기판
120: 반사층 130: 야광 복사 냉각층

Claims (12)

  1. 기판 상에 금속 물질이 증착 형성되어 가시광선 영역의 태양광을 반사하는 반사층; 및
    상기 반사층 상에 폴리머 혼합제와 야광 물질의 무게 비율에 기반하여 상기 폴리머 혼합제와 상기 야광 물질이 혼합된 야광 혼합물이 코팅되어 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 흡수 및 방사하면서 상기 야광 물질에 대응하는 색상을 발광하는 야광 복사 냉각층을 포함하는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 야광 혼합물은 상기 폴리머 혼합제의 전체 중량 대비 상기 야광 물질의 중량이 1 중량% 내지 30 중량%의 상기 무게 비율에 기반하여 혼합되는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 야광 복사 냉각층은 상기 무게 비율과 상기 야광 물질에 대응하는 색상에 기반하여 가시광선 흡광도가 결정되는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 야광 복사 냉각층은 475nm 내지 700nm의 파장 범위에서 상기 결정되는 가시광선 흡광도가 10% 이하인 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 야광 복사 냉각층은 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 동일한 경우, 상기 무게 비율에 비례하여 상기 가시광선 흡광도가 증가되는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 야광 복사 냉각층은 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 블루인 경우에 대비하여 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 레드 또는 그린인 경우 상기 가시광선 흡광도가 증가되는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 야광 복사 냉각층은 상기 무게 비율에 비례하여 발광 강도(PL intensity)가 증가되는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 야광 복사 냉각층은 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 블루인 경우, 475nm 내지 525nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가지고, 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 그린인 경우, 500nm 내지 550nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가지며, 상기 야광 물질에 대응하는 색상이 레드인 경우, 450nm 내지 475nm의 파장 범위에서 발광 피크 값을 가지는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 야광 복사 냉각층은 상기 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 장파장 적외선을 80% 이상 흡수 및 방사하는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 혼합제는 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethyl methacrylate) 및 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 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
    야광 복사 냉각 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유리(glass), PET(polyethylene terephthalate) 및 ITO(Indium tin oxide) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    야광 복사 냉각 소자.
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