WO2021085895A1 - 복사 냉각 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

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이헌
정필훈
손수민
채동우
류우정
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고려대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a radiation cooling device and a method of manufacturing the same.
  • General-purpose cooling devices such as refrigerators and air conditioners use energy to compress the refrigerant and then perform cooling by absorbing heat generated when the compressed refrigerant is expanded. It's technology.
  • the heat source is incident sunlight, and the heat of sunlight is distributed in the UV-visible-near-infrared band, and by reflecting the light in this wavelength band, the inflow of heat through sunlight can be blocked.
  • a material has a reflectance of 100% in the UV-visible-near-infrared band, it means that it reflects 100% of the energy of incident sunlight and does not absorb it at all.
  • the internal temperature of a black car that absorbs light well in broad daylight in sunlight rises easily, but in the case of a white car that does not absorb light and reflects it well, the internal temperature rise is relatively slow.
  • the surface of the car reflects all the light in the wavelength range of UV-visible-near-infrared rays, it can block the inflow of heat energy by sunlight.
  • the reason why the sun radiates light in the UV-visible-near-infrared wavelength band to the outside is because the surface temperature of the sun is 6000°C.
  • Objects with a surface temperature of several tens of degrees Celsius emit light with a wavelength of mid-infrared rays (wavelengths of several to tens of microns) to the outside.
  • the Earth's atmosphere contains water vapor and carbon dioxide, and these gases absorb some wavelengths of the mid-infrared rays that the Earth radiates to the outside and suppress the radiation.
  • mid-infrared rays in the wavelength range of 8 microns to 13 microns are not absorbed by the Earth's atmosphere, they are called sky windows, and infrared rays in this wavelength range are not absorbed by the atmosphere and are radiated into outer space.
  • the wavelength range of UV-visible-near-infrared rays is reflected all incident sunlight (radiated from the sun) and the mid-infrared rays in the 8 ⁇ 13 ⁇ m area of the sky window can be effectively radiated to the outside, heat inflow is blocked and heat is prevented. By maximizing emission, the material can be cooled without energy consumption.
  • General-purpose cooling devices such as refrigerators and air conditioners use energy to compress the refrigerant and then perform cooling by absorbing heat generated when the compressed refrigerant is expanded. It's technology.
  • the heat source is incident sunlight, and the heat of sunlight is distributed in the UV-visible-near-infrared band, and by reflecting the light in this wavelength band, the inflow of heat through sunlight can be blocked.
  • a material has a reflectance of 100% in the UV-visible-near-infrared band, it means that it reflects 100% of the energy of incident sunlight and does not absorb it at all.
  • the internal temperature of a black car that absorbs light well in broad daylight in sunlight rises easily, but in the case of a white car that does not absorb light and reflects it well, the internal temperature rise is relatively slow.
  • the surface of the car reflects all the light in the wavelength range of UV-visible-near-infrared rays, it can block the inflow of heat energy by sunlight.
  • the reason why the sun radiates light in the UV-visible-near-infrared wavelength band to the outside is because the surface temperature of the sun is 6000°C.
  • Objects with a surface temperature of several tens of degrees Celsius emit light with a wavelength of mid-infrared rays (a wavelength of several to tens of microns) to the outside.
  • the Earth's atmosphere contains water vapor and carbon dioxide, and these gases absorb some wavelengths of the mid-infrared rays that the Earth radiates to the outside and suppress the radiation.
  • mid-infrared rays in the wavelength range of 8 microns to 13 microns are not absorbed by the Earth's atmosphere, they are called sky windows, and infrared rays in this wavelength range are not absorbed by the atmosphere and are radiated into outer space.
  • the wavelength range of UV-visible-near-infrared rays is reflected all incident sunlight (radiated from the sun) and the mid-infrared rays in the 8 ⁇ 13 ⁇ m area of the sky window can be effectively radiated to the outside, heat inflow is blocked and heat is prevented. By maximizing emission, the material can be cooled without energy consumption.
  • the reflective material for sunlight is metal, transparent to sunlight, and emits long-wavelength infrared rays well, the exterior of almost all radiant cooling devices has the same color as a metallic mirror.
  • This metallic mirror-like color can be a disadvantage in the application of radiant cooling materials.
  • Radiant cooling devices are used in automobiles, buildings, containers, etc., and can reduce the energy burden required for cooling.Since the color is limited to the color of a metallic mirror, there is a great need for a radiant cooling device that can exhibit the same cooling performance and take on different colors.
  • the reason why the sun radiates light in the UV-visible-near-infrared wavelength band to the outside is because the surface temperature of the sun is 6000°C.
  • An embodiment of the present invention is to provide a radiation cooling element capable of improving the cooling efficiency of the radiation cooling element by increasing the mid-infrared emissivity as the surface area of the radiation cooling layer increases, including an uneven pattern, and a method of manufacturing the same.
  • An embodiment of the present invention is a radiation cooling element capable of improving the cooling efficiency of the radiation cooling element by increasing the mid-infrared emissivity by forming a radiation cooling layer of an oxide, nitride or polymer material capable of emitting mid-infrared rays, and its To provide a manufacturing method.
  • An embodiment of the present invention is a radiation cooling element capable of increasing the mid-infrared emissivity and improving the cooling efficiency of the radiation cooling element by forming a radiation cooling layer from fine particles made of oxide or nitride, a polymer material, or a mixture thereof, and its To provide a manufacturing method.
  • An embodiment of the present invention is a radiation cooling element capable of improving the cooling efficiency of the radiation cooling element by maximizing the visible light reflectance by forming a radiation cooling layer made of a material having a high refractive index and a low refractive index with respect to visible light, and manufacturing thereof I want to provide a way.
  • An embodiment of the present invention provides a white radiation cooling element capable of reflecting and scattering visible light on a white radiation cooling layer, and including fine particles including a metal oxide or a polymer material, so that the radiation cooling element has a white color. I want to.
  • An embodiment of the present invention is to provide a white radiation cooling device that improves cooling performance by reflecting all incident sunlight.
  • An embodiment of the present invention is to provide a white radiation cooling device capable of easy mass production, low manufacturing cost, and controlling various physical properties through a white radiation cooling layer including a polymer matrix and fine particles containing a polymer material. .
  • An embodiment of the present invention is to provide a white radiation cooling device having improved cooling performance by including a reflection enhancement layer on a lower surface of the white radiation cooling layer, and improving visible light reflectance.
  • An embodiment of the present invention is to provide a white radiation cooling element capable of expressing various colors as well as white through a white radiation cooling layer including fluorescent particles.
  • the radiation cooling device includes a reflective layer that reflects sunlight having wavelengths in ultraviolet, visible, and near-infrared regions on a substrate; And a radiation cooling layer formed on the reflective layer and absorbing sunlight having a wavelength in a mid-infrared region and radiating as heat, wherein the radiation cooling layer includes: a first radiation layer including an uneven pattern; And a second radiation layer formed on the first radiation layer and having a refractive index different from that of the first radiation layer.
  • the first radiation layer and the second radiation layer may be repeatedly formed in the radiation cooling layer.
  • the reflective layer may include at least one of silver (Ag), aluminum (Al), and platinum (Pt).
  • the first radiation layer and the second radiation layer may include at least one of fine particles and polymer materials made of oxide or nitride.
  • the diameter of the fine particles may be 10nm to 20 ⁇ m.
  • the fine particles are silica (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and silicon nitride (Si 3 N 4 ) may include at least any one of.
  • the polymer material may be polydimethylsiloxane (PDMS) or dipentaerythritol penta/hexa acrylate (DPHA).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • DPHA dipentaerythritol penta/hexa acrylate
  • the thicknesses of the first radiation layer and the second radiation layer may be 10 nm to 2,000 nm, respectively.
  • the radiation cooling layer includes: a mid-infrared absorbing layer formed on the reflective layer and absorbing sunlight having a wavelength in a mid-infrared region to radiate as heat; It is formed on the mid-infrared ray absorbing layer and includes a coating layer including a first coating layer and a second coating layer having different refractive indices for sunlight having a wavelength in the visible ray region, and the first coating layer is in the visible ray region. It may have a refractive index greater than that of the second coating layer with respect to sunlight having a wavelength.
  • the coating layer may reflect sunlight having a wavelength in the visible light region.
  • the first coating layer and the second coating layer may be repeatedly formed in the coating layer.
  • a difference in refractive index between the first coating layer and the second coating layer may be 0.7 to 2.
  • the first coating layer may include at least one of ZnS, Si, and Ge, and the second coating layer may include CaF 2.
  • the method of manufacturing a radiation cooling device includes the steps of forming a reflective layer on a substrate to reflect sunlight having wavelengths in ultraviolet, visible, and near-infrared regions; And forming a radiation cooling layer on the reflective layer that absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region and radiates as heat, wherein the forming of the radiation cooling layer includes a concave-convex pattern on the reflective layer.
  • the radiation cooling layer may have the first radiation layer and the second radiation layer repeatedly formed on the reflective layer.
  • the first radiation layer is formed by using a stamp after at least one of fine particles made of oxide or nitride and a polymer material is coated on the reflective layer. It can be formed to have.
  • the second radiation layer may be formed by spin coating at least one of fine particles made of oxide or nitride and a polymer material on the substrate.
  • the spin coating may be performed for 30 seconds to 40 seconds.
  • the forming of the radiation cooling layer comprises forming a mid-infrared absorbing layer on the reflective layer that absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region and radiates as heat.
  • the first coating layer and the second coating layer may be repeatedly formed in the coating layer.
  • the white radiation cooling element comprises: a substrate; And a metal oxide or a polymer material formed on the substrate and reflecting and scattering sunlight having a wavelength in the visible region in a polymer matrix that absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region and radiates as heat.
  • a white radiation cooling layer is incorporated, wherein the white radiation cooling layer absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region and radiates it as heat, while reflecting and scattering sunlight having a wavelength in the visible region. It is characterized.
  • the white radiation cooling element reflects sunlight having a wavelength in the visible light region by fine particles including the metal oxide included in the white radiation cooling layer. It can be white by scattering.
  • the polymer matrix and the fine particles including the polymer material have different refractive indices
  • the white radiation cooling device is the polymer material included in the white radiation cooling layer.
  • the fine particles including the may reflect and scatter sunlight having a wavelength in the visible light region to give a white color.
  • the polymer matrix is among polydimethylsiloxane (PDMS), polymethyl methacrylate (PMMA), dipentaerythritol penta/hexa acrylate (DPHA), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polyurethane acrylate (PUA). It may include at least any one.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • DPHA dipentaerythritol penta/hexa acrylate
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PDA polyurethane acrylate
  • the metal oxide is at least one of titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and zinc oxide (ZnO). I can.
  • the polymer material may be at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyurethane acrylate (PUA).
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PUA polyurethane acrylate
  • the white radiation cooling element further includes a reflection enhancement layer for additionally reflecting sunlight having a wavelength in the visible light region on a lower surface of the white radiation cooling layer. I can.
  • the reflection enhancement layer may include at least one of silver (Ag), aluminum (Al), and platinum (Pt).
  • the reflection enhancement layer and the white radiation cooling layer may be repeatedly formed in the white radiation cooling element.
  • a white radiation cooling element a substrate; And metal oxide particles that reflect and scatter sunlight having a wavelength of visible light in a polymer matrix that is formed on the substrate and radiates as heat by absorbing sunlight having a wavelength in the mid-infrared range, and fluorescent particles emitting fluorescence.
  • a white radiation cooling layer is incorporated, wherein the white radiation cooling layer absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region and radiates it as heat, while reflecting and scattering sunlight having a wavelength in the visible region. It is characterized.
  • the mid-infrared emissivity may be increased, thereby improving the cooling efficiency of the radiation cooling element.
  • a radiation cooling layer of an oxide, nitride, or polymer material capable of emitting mid-infrared rays it is possible to increase the mid-infrared emissivity and improve the cooling efficiency of the radiation cooling element.
  • a radiation cooling layer may be formed of fine particles made of oxide or nitride, a polymer material, or a mixture thereof to increase the mid-infrared emissivity and improve the cooling efficiency of the radiation cooling element.
  • the visible light reflectance can be maximized to improve the cooling efficiency of the radiation cooling element.
  • visible light is reflected and scattered in the white radiation cooling layer, and fine particles including metal oxides or polymer materials may be further included, so that the radiation cooling element has a white color.
  • cooling performance may be improved by reflecting all incident sunlight.
  • mass production is easy, manufacturing cost is low, and various physical properties can be controlled through a white radiation cooling layer including a polymer matrix and fine particles containing a polymer material.
  • the embodiment of the present invention includes a reflection enhancement layer on the lower surface of the white radiation cooling layer, and thus the visible light reflectance is improved, so that the cooling performance may be improved.
  • a white radiation cooling element may express not only white but also various colors.
  • FIG. 1A and 1B are cross-sectional views showing a specific state of a radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing a specific state of a radiation cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a method of manufacturing a radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a radiation cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing absorbance according to whether or not the first and second radiation layers are repeatedly stacked according to an embodiment and a control example of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the absorption rate and emissivity of the radiation cooling device according to the second embodiment of the present invention.
  • Example 7 is a graph showing the temperature of the radiation cooling element for each day time according to the amount of insolation in Example 2 of the present invention.
  • Example 8 is a graph showing the absorption rate and emissivity of the radiation cooling device according to Example 3-1 of the present invention.
  • Example 9 is a graph showing the external temperature of the radiation cooling element for each day time according to the amount of insolation in Example 3-1 and Comparative Example 2 of the present invention.
  • Example 10 is a graph showing the temperature of the radiation cooling element for each night time according to Example 3-1, Example 3-2, and Comparative Example 2 of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph showing absorbance of radiation cooling elements according to Examples 4-1, 4-2, and Control Example 3 of the present invention.
  • Example 12 is a graph showing the temperature and external temperature of the radiation cooling element for each day time according to Example 4-1 and Example 4-2 of the present invention.
  • Example 13 is a graph showing the temperature and the external temperature of the radiation cooling element for each night time according to Example 4-1 and Example 4-2 of the present invention.
  • SEM scanning electron spectroscopy
  • 15 is a graph showing the absorbance according to the DPHA content of the radiation cooling device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • Example 16 is a graph showing the temperature of the radiation cooling element for each observation period according to the amount of insolation in Example 5 of the present invention.
  • Example 17 is a graph showing the absorption rate according to the content of fine particles of the radiation cooling device according to Example 6-1 of the present invention.
  • Example 18 is a graph showing the absorption rate according to the fine particle diameter of the radiation cooling device according to Example 6-2 of the present invention.
  • Example 19 is a graph showing the temperature according to the fine particle content of the radiation cooling device according to the amount of insolation in Example 5 of the present invention.
  • Example 20 is a graph showing the absorption rate according to the presence or absence of an uneven pattern according to Example 7 and Control Example 4 of the present invention.
  • Example 21 is a graph showing the mid-infrared emissivity of the radiation cooling elements of Example 8, Control Example 5-1, and Control Example 5-2 of the present invention.
  • 22A to 22C are graphs showing changes in temperature and temperature of the radiation cooling elements of Example 8, Comparative Example 5-1, and Comparative Example 5-2 of the present invention over time.
  • 23A to 23C are cross-sectional views showing a detailed state of a white radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • 24A and 24B are graphs showing the absorption rate according to the content of fine particles of the white radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • 25 is a graph showing the temperature over time of a white radiation cooling device including fine particles according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 26A is an image showing a state of a conventional radiation cooling element
  • FIG. 26B is an image showing a state of a white radiation cooling element according to an embodiment of the present invention.
  • 27 is a graph showing the absorption rate of the white radiation cooling element according to the type of polymer included in the white radiation cooling layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a graph showing the temperature over time of a white radiation cooling device including fine particles of a polymer material according to an embodiment of the present invention.
  • the term'or' means an inclusive OR'inclusive or' rather than an exclusive OR'exclusive or'. That is, unless otherwise stated or clear from context, the expression'x uses a or b'means any one of natural inclusive permutations.
  • the radiation cooling element according to the embodiment of the present invention absorbs mid-infrared rays and radiates as heat, and is formed on the surface of the target object so that the temperature of the target object existing under the radiation cooling element according to the embodiment of the present invention is external temperature. Try to be lower.
  • the radiation cooling element according to the exemplary embodiment of the present invention may be formed on a surface of a vehicle so that the temperature of the vehicle frame is lower than the external temperature, or the temperature inside the vehicle is lower than the external temperature.
  • the target object is a target equipped with a radiation cooling element, and may be a building such as a car, apartment, shopping mall, or office building, or may be a heat exchange pipe provided in an air/water cooling chiller.
  • the target object is not limited to the example as long as it is an object that can be equipped with a radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • the external temperature means an ambient temperature, and may be a temperature corresponding to the outside of the radiation cooling element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A and 1B are cross-sectional views showing a specific state of a radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • the radiation cooling device 100 includes a reflective layer 120 reflecting sunlight having wavelengths in ultraviolet, visible, and near-infrared regions on a substrate 110, and a reflective layer. It is formed on the 120, and includes a radiation cooling layer 130 that absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region and radiates as heat.
  • sunlight has wavelengths in various ranges such as ultraviolet rays, visible rays, and near infrared rays.
  • the reflective layer 120 reflects light in the ultraviolet, visible, and near-infrared regions of sunlight so that the temperature of the radiation cooling element 100 according to the exemplary embodiment of the present invention is not increased by sunlight.
  • the reflective layer 120 reflects sunlight to minimize sunlight absorbed by the radiation cooling device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention, and reflect sunlight as much as possible.
  • the reflective layer 120 may be made of a material capable of reflecting sunlight well, and in particular, it is preferable to have a reflectance of 90% or more with respect to light in the visible region.
  • the reflective layer 120 may be made of at least one of metal materials such as silver (Ag), aluminum (Al), and platinum (Pt), but is not limited thereto.
  • the reflective layer 120 may be formed of a solar reflective film sold on the market, such as a solar mirror film of 3M.
  • the reflective layer 120 may be formed of a multilayer thin film made of a polymer material or an inorganic material.
  • the multilayer thin film may have a form in which materials having different refractive indices are repeatedly stacked.
  • the substrate 110 may be formed of any one of a flexible polymer film, glass, quartz, silicon wafer, and metal, but is not limited to the material.
  • the substrate 110 is a polyester resin such as polyethylene naphthalate (PEN), an acetate resin, a polyethersulfone resin, a polycarbonate resin, a polyamide resin, a polyimide resin, a polyolefin resin.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • (Meth)acrylic resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polystyrene resin, polyvinyl alcohol resin, polyallylate resin, polyphenylene sulfide resin have.
  • the radiation cooling layer 130 may be formed on the reflective layer 120 to absorb mid-infrared rays and radiate as heat to lower the temperature of the target object provided with the radiation cooling element 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • objects on the earth emit mid-infrared rays in a wavelength range of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m because the surface temperature reaches several tens of degrees Celsius.
  • Such mid-infrared radiation can lower the temperature of an object, and the radiation cooling element 100 according to an embodiment of the present invention emits well in mid-infrared radiation in a known atmospheric transparent section (atmospheric window transmittance or sky window) of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m
  • the temperature of the target object may be maintained to be lower than the external temperature by including the radiation cooling layer 130 made of a material that can be used.
  • the radiation cooling layer 130 is made of a material capable of efficiently radiating mid-infrared rays, and may have a single layer shape.
  • the radiation cooling layer 130 is formed by stacking two thin films made of two different materials capable of efficiently emitting mid-infrared rays, and the first radiation layer 131 and the second radiation layer 132 It may include.
  • the first radiation layer 131 may be formed as a thin film on the reflective layer 120, and may be formed to include an uneven pattern on the reflective layer 120 according to an exemplary embodiment.
  • the surface area of the first radiation layer 131 is increased, so that the mid-infrared emissivity may be improved.
  • the concave-convex pattern may be a plurality of cylinders, prisms, and line-shaped concave-convex patterns, but is not limited thereto.
  • the second radiation layer 132 may be formed as a thin film on the first radiation layer 131.
  • the second radiation layer 132 may be formed in a thin film shape on the first radiation layer 131 including an uneven pattern.
  • the second radiation layer 132 may be formed of a material having a refractive index different from that of the first radiation layer 131 for sunlight having a wavelength in the mid-infrared region.
  • materials forming the first radiation layer 131 and the second radiation layer 132 have different refractive indices, and thus may have a high mid-infrared emissivity due to a phonon-polariton resonance effect.
  • a difference in refractive index between the first radiation layer 131 and the second radiation layer 132 with respect to sunlight having a wavelength in the mid-infrared region may be 0.7 to 2.
  • the first radiation layer 131 and the second radiation layer 132 may include at least one of oxide, nitride, or polymer material.
  • the first and second radiation layers 131 and 132 may include at least one of different types of oxides, nitrides, or polymer materials.
  • the oxide may include silica (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and titanium dioxide (TiO 2 ), but is not limited thereto.
  • the nitride may be silicon nitride (Si 3 N 4 ), but is not limited to the material.
  • the polymer material may be an acrylic polymer such as polydimethylsiloxane (PDMS) or dipentaerythritol penta/hexa acrylate (DPHA), but is not limited to the material.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • DPHA dipentaerythritol penta/hexa acrylate
  • the acrylic polymer has a C-O stretching vibration and has a high emissivity at a wavelength in the mid-infrared region.
  • the first radiation layer 131 may have a layer shape formed by depositing silica, which is an oxide
  • the second radiation layer 132 may have a layer shape formed by depositing alumina, and the example is not limited thereto.
  • the first radiation layer 131 may have a layer shape formed by spin coating PDMS
  • the second radiation layer 132 may have a layer shape formed by depositing silicon nitride, and the exemplary embodiment is not limited thereto.
  • the first radiation layer 131 and the second radiation layer 132 may include at least one of fine particles and a polymer material.
  • the first radiation layer 131 or the second radiation layer 132 may be formed of a mixture of the fine particles and the polymer material.
  • the emissivity of mid-infrared rays may increase.
  • the fine particles may be mixed with the polymer material in an amount of 1% to 20% by weight based on the total weight of the mixture.
  • the mid-infrared emissivity does not increase any more.
  • the fine particles may be made of oxide or nitride, for example, silica (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and silicon nitride (Si 3 N 4 ) It may include at least any one of.
  • oxide or nitride for example, silica (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and silicon nitride (Si 3 N 4 ) It may include at least any one of.
  • the radiation cooling element 100 may have a high emissivity with respect to mid-infrared rays as the size of the fine particles included in the radiation cooling layer 130 is smaller.
  • the fine particles may have a diameter of 10 nm to 20 ⁇ m.
  • the fine particles having a size in a nanometer unit may have a higher mid-infrared emissivity than a fine particle in a micrometer unit.
  • the first radiation layer 131 may be made of a mixture of the fine particles and the polymer material
  • the second radiation layer 132 may be made of only a polymer material.
  • the first radiation layer 131 may be made of alumina as fine particles and PDMS as a polymer material
  • the second radiation layer 132 may be made of silicon nitride (Si-3 N 4) as a polymer material. It is not limited to examples.
  • the first radiation layer 131 and the second radiation layer 132 are made of a mixture of the fine particles and the polymer material, and include the first radiation layer 131 and the second radiation layer 132.
  • the types of fine particles and polymer materials formed may be different from each other.
  • the first radiation layer 131 may be made of a mixture of silica as fine particles and PDMS as a polymer material
  • the second radiation layer 132 may be made of alumina as fine particles and DPHA as a polymer material. It is not limited to examples.
  • the thicknesses of the first and second radiation layers 131 and 132 may be the same or different from each other.
  • the first radiation layer 131 and the second radiation layer 132 may be formed to a thickness of 10 nm to 2,000 nm, respectively.
  • the height from the surface of the reflective layer 120 to the top of the convex portion of the uneven pattern may be set as the thickness of the first radiation layer 131.
  • the radiation cooling layer 130 may include a first radiation layer 131, a second radiation layer 132, and a third radiation layer (not shown).
  • the first radiation layer 131, the second radiation layer 132, and the third radiation layer may emit mid-infrared rays and may be made of materials having different refractive indices.
  • the radiation cooling element 100 may include a radiation cooling layer 130 in which a first radiation layer 131 and a second radiation layer 132 are repeatedly formed. .
  • the radiation cooling layer 130 is in the order of the first radiation layer 131-the second radiation layer 132-the first radiation layer 131-the second radiation layer 132 on the reflective layer 120. It may be repeatedly stacked.
  • the radiation cooling layer 130 may have a shape in which a single layer is repeatedly stacked on the reflective layer 120 in the order of alumina-silicon nitride-silica.
  • the radiation cooling layer 130 may have a shape in which a single layer is repeatedly stacked in the order of PDMS-silicon nitride-silica.
  • the radiation cooling element 100 includes a reflective layer 120 that reflects sunlight in the ultraviolet, visible, and near-infrared wavelength bands, and a radiation cooling layer 130 made of a material emitting mid-infrared rays. , It is possible to perform excellent cooling function for the target object without energy consumption according to the efficient radiation of mid-infrared rays.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing a specific state of a radiation cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • the radiation cooling layer 230 is formed on the reflective layer 220 and absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region. It may include a mid-infrared absorbing layer 231 radiating as heat, and a coating layer formed on the mid-infrared absorbing layer 231 to reflect sunlight in a visible region.
  • the mid-infrared absorbing layer 231 is formed on the reflective layer 220 to absorb mid-infrared rays and radiate as heat to lower the temperature of the radiation cooling element 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the mid-infrared absorbing layer 231 is made of a material capable of efficiently emitting mid-infrared rays, and may have a single layer shape.
  • the material forming the mid-infrared absorbing layer 231 may be transparent to sunlight having a wavelength in the ultraviolet, visible, and near-infrared regions while having a high emissivity for mid-infrared rays.
  • the mid-infrared absorbing layer 231 may be made of a polymer material.
  • the polymer material may be polydimethylsiloxane (PDMS) or dipentaerythritol penta/hexa acrylate (DPHA).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • DPHA dipentaerythritol penta/hexa acrylate
  • the mid-infrared absorbing layer 231 may be made of at least one of oxide, nitride, and polymer material.
  • the oxide may include silica (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and titanium dioxide (TiO 2 ), but is not limited thereto.
  • the nitride may be silicon nitride (Si 3 N 4 ), but is not limited to the material.
  • the polymer material may be polydimethylsiloxane (PDMS) or dipentaerythritol penta/hexa acrylate (DPHA).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • DPHA dipentaerythritol penta/hexa acrylate
  • the mid-infrared absorbing layer 231 may have a layer shape formed by depositing silica, which is an oxide, and is not limited to the above example.
  • the mid-infrared absorbing layer 231 may have a layer shape formed by spin-coating PDMS, which is a polymer material, and is not limited to the above example.
  • the mid-infrared absorbing layer 231 may be formed of a mixture of fine particles and a polymer material.
  • the fine particles may be made of oxide or nitride, for example, silica (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and silicon nitride (Si 3 N 4 ) It may include at least any one of.
  • oxide or nitride for example, silica (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and silicon nitride (Si 3 N 4 ) It may include at least any one of.
  • the radiation cooling element 200 may have a high emissivity with respect to mid-infrared rays as the size of the fine particles included in the radiation cooling layer 230 decreases.
  • the fine particles may have a diameter of 10 nm to 20 ⁇ m.
  • the mid-infrared absorbing layer 231 may be formed of PDMS or DPHA, and may be a single layer formed by spin coating a mixture thereof.
  • the mid-infrared absorbing layer 231 may be a single layer formed by spin coating a mixture of silica as fine particles and PDMS as a polymer material.
  • the coating layer reflects light in the visible region, and may have a layer shape made of a material having a high refractive index for light in the visible region in order to efficiently reflect the light in the visible region.
  • the high refractive index may mean having a refractive index of 1,5 or more with respect to light in the visible light region.
  • the coating layer may have a layer shape made of a material having a refractive index of 1.5 or more with respect to light in the visible light region.
  • the coating layer may have a layer shape made of a material having a refractive index of 1.6 to 6 with respect to light in the visible region.
  • the coating layer may be made of a defect-free single crystal ceramic material, and may be made of a material that is transparent to visible and mid-infrared rays.
  • the coating layer may be made of at least one of yttria (Y 2 O 3 ), alon, and spinel-structured Mg, Si, Ge, ZnS, ZnSe, NaCl, CaF 2 , KBr, PE, PS, and the material Is not limited to.
  • yttria Y 2 O 3
  • alon alon
  • spinel-structured Mg Si, Ge, ZnS, ZnSe, NaCl, CaF 2 , KBr, PE, PS, and the material Is not limited to.
  • the coating layer may be made of a material having a high refractive index with respect to light in the visible region, and is preferably made of at least one of ZnS, Si, and Ge.
  • the coating layer according to the embodiment of the present invention is made of a material having a refractive index greater than that of the mid-infrared absorbing layer 231, and reflects light in the visible region efficiently, so that the radiation cooling element 200 according to another embodiment of the present invention The heat absorption rate of is lowered, so that the cooling efficiency can be improved.
  • the coating layer may have a multilayer shape made of materials having different refractive indices for light in the visible region.
  • the coating layer is formed on the mid-infrared absorption layer 231 and may include a first coating layer 232 and a second coating layer 233 having different refractive indices for light in the visible region.
  • the first coating layer 232 is formed on the mid-infrared ray absorbing layer 231 and may have a layer shape made of a material having a refractive index greater than that of the second coating layer 233 with respect to light in the visible region.
  • the second coating layer 233 is formed on the first coating layer 232 and may have a layer shape made of a material having a refractive index smaller than that of the first coating layer 232 with respect to light in the visible region.
  • the difference in refractive index between the first coating layer 232 and the second coating layer 233 may be 0.7 to 2.
  • a second coating layer 233 is formed on the mid-infrared absorption layer 231, and a first coating layer ( 232) can be formed.
  • the first coating layer 232 may have a layer shape including at least one of ZnS, Si, Ge, and ZrO 2 , which is a material having a refractive index greater than that of the second coating layer 233 in the visible light region, It is not limited to the above materials.
  • the second coating layer 233 may have a layer shape including at least one of CaF 2 and SiO 2 , which is a material having a refractive index smaller than that of the first coating layer 232 with respect to light in the visible region, It is not limited to the above materials.
  • the first coating layer 232 and the second coating layer 233 included in the coating layer may have different refractive indices for light in the visible light region, and thus may have high reflectance for visible light.
  • the first coating layer 232 and the second coating layer 233 are made of a material having a high or low refractive index with respect to light in the visible ray region to maximize the reflection of light in the visible ray region and the visible ray region reaching the reflective layer 220 It is possible to minimize the light of, it is possible to improve the cooling efficiency of the radiation cooling device 200 according to another embodiment of the present invention.
  • a radiation cooling device may include a coating layer in which a first coating layer and a second coating layer are repeatedly formed.
  • the coating layer may be formed by repeatedly stacking the first coating layer-the second coating layer-the first coating layer-the second coating layer-the first coating layer-the second coating layer-... on the mid-infrared absorbing layer in this order.
  • the repeatedly stacked first coating layer and the second coating layer may be formed of different materials.
  • the coating layer includes a repetitively formed first coating layer and a second coating layer, so that the reflection of visible light can be maximized by the first coating layer and the second coating layer having a high or low refractive index with respect to light in the visible light region. Cooling efficiency of the radiation cooling device according to another embodiment of the present invention may be improved.
  • the radiation cooling device can reflect 95% or more of sunlight and emit 90% or more of mid-infrared rays, thereby cooling a target object without consuming energy.
  • the method of manufacturing a radiation cooling element according to an embodiment of the present invention includes all of the components of the radiation cooling element described above, redundant descriptions of the elements of the radiation cooling element will be omitted in the following description.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a method of manufacturing a radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing a radiation cooling device includes forming a reflective layer on a substrate that reflects sunlight having wavelengths in the ultraviolet, visible, and near-infrared regions (S110), and the And forming a radiation cooling layer that absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region on the reflective layer and radiates it as heat (S120).
  • the substrate may be made of any one of a flexible polymer film, glass, quartz, silicon wafer, and metal, but is not limited to the material.
  • the reflective layer may be formed by depositing a metal material such as silver (Ag), aluminum (Al), and platinum (Pt) on a substrate.
  • a metal material such as silver (Ag), aluminum (Al), and platinum (Pt)
  • the method of depositing the reflective layer is under reduced pressure, atmospheric pressure or pressurized conditions, sputtering, atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), thermal evaporation, co-evaporation, Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), e-beam evaporation, RF sputtering, magnetron sputtering, vacuum deposition or chemical vapor deposition, etc. , It is not limited to the deposition method.
  • a radiation cooling layer may be formed by coating a material emitting mid-infrared rays on the reflective layer.
  • a multilayered radiation cooling layer including a first radiation layer and a second radiation layer may be formed on the reflective layer by using different materials that emit mid-infrared rays.
  • a layer-shaped first radiation layer and a second radiation layer may be formed on the reflective layer by using at least one of an oxide, a nitride, or a polymer material.
  • the first radiation layer and the second radiation layer include oxide or nitride
  • the first radiation layer or the second radiation layer may be formed using a vapor deposition method.
  • the first radiation layer may have a layer shape formed by depositing silica, which is an oxide
  • the second radiation layer may have a layer shape formed by depositing alumina
  • the deposition method is under reduced pressure, atmospheric pressure or under pressure conditions, sputtering, atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), thermal evaporation, co-evaporation, plasma enhanced chemistry.
  • ALD atomic layer deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD vapor deposition
  • RF sputtering magnetron sputtering
  • vacuum deposition vacuum deposition or chemical vapor deposition, and the like. It is not limited to the method.
  • the first and second radiation layers may be formed using a coating method.
  • the first radiation layer may have a layer shape formed by spin coating PDMS
  • the second radiation layer may have a layer shape formed by depositing silicon nitride, which is a nitride.
  • the coating method is spin coating, spray coating, ultra-spray coating, electrospinning coating, slot die coating, gravure coating, bar coating. (bar coating), roll coating, dip coating, shear coating, screen printing, inkjet printing, or nozzle printing May be, but is not limited to the above method.
  • the first radiation layer and the second radiation layer may include at least one of fine particles and a polymer material.
  • the first radiation layer may be made of a mixture of the fine particles and the polymer material
  • the second radiation layer may be made of only a polymer material
  • the first and second radiation layers include a mixture of the fine particles and the polymer material
  • the first radiation layer and the second radiation layer may be formed using a coating method.
  • the coating method may be spin coating, but spray coating, ultra-spray coating, electrospinning coating, slot die coating, gravure coating ), bar coating, roll coating, dip coating, shear coating, screen printing, inkjet printing or nozzle printing It may be any one of, but is not limited to the above method.
  • the first radiation layer may have a large surface area including an uneven pattern, thereby improving mid-infrared emissivity.
  • step S120 includes forming a first radiation layer including an uneven pattern on the reflective layer (S121) and forming a second radiation layer having a refractive index different from that of the first radiation layer on the first radiation layer. It may include a step (S122).
  • a first radiation layer including a concave-convex pattern may be formed on the reflective layer by using at least one of the oxide, nitride, or a polymer material and fine particles made of any one of them.
  • a first radiation layer including an uneven pattern may be formed on the reflective layer through an optical-based lithography process or a non-optical-based lithography process using a stamp having a pattern corresponding to the uneven pattern.
  • the optical-based lithography process may be any one of photolithography, laser interference lithography, and e-beam lithography, and the process is not limited thereto.
  • the non-optical-based lithography process may be any one of nanoimprint lithography, nanotransfer printing, and roll imprint lithography, but is not limited to the process.
  • step S121 at least one of the oxide, nitride, or fine particles and a polymer material made of any one of the oxides, nitrides, or a polymer material is coated and then cut off in a top-down manner to form an uneven pattern.
  • the concave-convex pattern may be a plurality of cylinders, prisms, and line-shaped concave-convex patterns, but is not limited thereto.
  • a second radiation layer may be formed on the first radiation layer including the uneven pattern by using a material having a refractive index different from that of the first radiation layer.
  • the second radiation layer may be formed by spin coating a material having a refractive index different from that of the first radiation layer on the first radiation layer.
  • the thickness of the second radiation layer may be adjusted according to the spin coating time.
  • the spin coating may be performed for 30 seconds to 40 seconds.
  • the thickness of the second radiation layer does not increase any more.
  • the method of manufacturing a radiation cooling element according to an embodiment of the present invention may form a radiation cooling layer in which the first radiation layer and the second radiation layer are repeatedly formed by repeatedly performing steps S121 and S122. have.
  • the second radiation layer after forming the first radiation layer formed in a layer shape or including an uneven pattern on the reflective layer, and forming the second radiation layer in a layer shape on the first radiation layer, the second radiation The first radiation layer may be formed on the layer again in a layer shape or including an uneven pattern, and then the second radiation layer may be repeatedly formed.
  • a radiation cooling element having a simple structure having fewer layers can be manufactured through a simple process.
  • the cooling efficiency can be improved as the surface area is widened by the concave-convex pattern included in the radiation cooling layer, thereby improving the mid-infrared radiation efficiency.
  • the method of manufacturing the radiation cooling element according to another embodiment of the present invention includes the components of the radiation cooling element described in FIGS. 2A and 2B, a redundant description will be omitted.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a radiation cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a radiation cooling device includes forming a reflective layer on a substrate that reflects sunlight having wavelengths in the ultraviolet, visible, and near infrared regions (S210), Forming a mid-infrared absorption layer that absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region on the reflective layer and radiates as heat (S220), and a coating layer that reflects sunlight having a wavelength in the visible ray region on the mid-infrared ray absorbing layer It includes a forming step (S230).
  • step S210 includes the same components as step S110 described in FIG. 3, redundant descriptions will be omitted.
  • a coating layer may be formed on the layered mid-infrared absorbing layer to form a radiation cooling layer including the mid-infrared absorbing layer and the coating layer.
  • the mid-infrared absorbing layer may be formed on the reflective layer by using a material capable of emitting mid-infrared rays.
  • the mid-infrared absorbing layer may have a single layer shape including at least one of an oxide, a nitride, or a polymer material.
  • the mid-infrared absorbing layer may be formed using a vapor deposition method.
  • the deposition method is under reduced pressure, atmospheric pressure or under pressure conditions, sputtering, atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), thermal evaporation, co-evaporation, plasma enhanced chemistry.
  • ALD atomic layer deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD vapor deposition
  • RF sputtering magnetron sputtering
  • vacuum deposition vacuum deposition or chemical vapor deposition, and the like. It is not limited to the method.
  • the mid-infrared absorbing layer may be formed using a coating method.
  • the coating method is spin coating, spray coating, ultra-spray coating, electrospinning coating, slot die coating, gravure coating, bar coating. (bar coating), roll coating, dip coating, shear coating, screen printing, inkjet printing or nozzle printing.
  • a layer-shaped coating layer made of a material having a high refractive index for light in the visible region may be formed in order to reflect light in the visible region while reflecting light in the visible region.
  • the coating layer may be formed by depositing or coating a material having a high refractive index with respect to the visible light in order to efficiently reflect light in the visible light on the mid-infrared absorbing layer.
  • the deposition method is under reduced pressure, atmospheric pressure or under pressure conditions, sputtering, atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), thermal evaporation, co-evaporation, plasma enhanced chemistry.
  • ALD atomic layer deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD vapor deposition
  • RF sputtering magnetron sputtering
  • vacuum deposition vacuum deposition or chemical vapor deposition, and the like. It is not limited to the method.
  • the coating method is spin coating, spray coating, ultra-spray coating, electrospinning coating, slot die coating, gravure coating, bar coating. (bar coating), roll coating, dip coating, shear coating, screen printing, inkjet printing or nozzle printing, etc. It is not limited to the coating method.
  • the coating layer may have a multilayer shape made of materials having different refractive indices for light in the visible region.
  • a first coating layer and a second coating layer having different refractive indices for light in a visible ray region may be formed on the mid-infrared absorption layer.
  • the first coating layer may be formed on the mid-infrared absorption layer, and may be formed by applying a material having a refractive index greater than that of the second coating layer with respect to light in the visible light region.
  • the second coating layer may be formed on the first coating layer, and may be formed by applying a material having a refractive index smaller than that of the first coating layer with respect to light in the visible light region.
  • the first coating layer and the second coating layer may be formed using a deposition process or a coating process.
  • the method of manufacturing a radiation cooling device according to another embodiment of the present invention may repeatedly form the first coating layer and the second coating layer.
  • a radiation cooling element having excellent cooling efficiency can be easily manufactured through a simple process.
  • the radiation cooling element manufactured by the method of manufacturing a radiation cooling element according to another embodiment of the present invention may have a simple structure having fewer layers than a conventional radiation cooling element, but may have excellent cooling efficiency due to a high mid-infrared emissivity. .
  • a reflective layer made of silver (Ag) was formed on a glass substrate using an E-beam evaporator.
  • a nano-imprinting process is used to form a first radiation layer having an uneven pattern, and then alumina is spin-coated on the first radiation layer to form a layer-shaped second radiation layer.
  • a radiation cooling element was fabricated.
  • a first radiation layer having an uneven pattern is formed using a nano-imprinting process, and then alumina is spin-coated on the first radiation layer to form a second radiation layer in the form of a layer.
  • a radiation cooling device was manufactured in the same manner as in [Example 1-1], except that each was formed once more.
  • a reflective layer made of silver (Ag) was formed on a glass substrate using an E-beam evaporator.
  • Alumina is deposited on the reflective layer to form a first radiation layer
  • silicon nitride Si 3 N 4
  • silica is deposited on the second radiation layer.
  • a radiation cooling element was manufactured by forming a third radiation layer.
  • a reflective layer made of silver (Ag) was formed on a glass substrate using an E-beam evaporator.
  • PDMS is spin-coated on the reflective layer to form a first radiation layer
  • silica is deposited on the first radiation layer to form a second radiation layer
  • silicon nitride is deposited on the second radiation layer to form a third radiation layer. Formed to fabricate a radiation cooling element.
  • a reflective layer made of silver (Ag) was formed on a glass substrate using an E-beam evaporator.
  • silica was deposited on the first radiation layer to form a second radiation layer to manufacture a radiation cooling device.
  • a reflective layer made of silver (Ag) was formed on a glass substrate using an E-beam evaporator.
  • a mixture was prepared by adding 10% by weight of silica fine particles having a diameter of 10 ⁇ m to PDMS.
  • a radiation cooling device was manufactured by spin coating the mixture on the reflective layer to form a single layer of radiation cooling layer.
  • a reflective layer made of silver (Ag) was formed on a glass substrate using an E-beam evaporator.
  • a radiation cooling device was manufactured by spin coating PDMS on the reflective layer to form a single layer of radiation cooling layer.
  • Each reflective layer made of silver (Ag) was formed on the three glass substrates using an E-beam evaporator.
  • Three radiation cooling elements were manufactured by spin coating three solutions each containing 60% by weight, 80% by weight and 90% by weight of DPHA on the three reflective layers to form a single layer of radiation cooling layer.
  • Each reflective layer made of silver (Ag) was formed on the three glass substrates using an E-beam evaporator.
  • Three mixtures were prepared by adding 1.9% by weight, 3.8% by weight and 7.7% by weight of alumina fine particles having a diameter of 20 nm to DPHA, respectively.
  • Three radiation cooling elements were fabricated by spin-coating each of the three mixtures on the three reflective layers to form a single layer of radiation cooling layer.
  • Each reflective layer made of silver (Ag) was formed on the three glass substrates using an E-beam evaporator.
  • Three mixtures were prepared by adding fine alumina particles having a diameter of 20 nm, 1 ⁇ m and 3 ⁇ m to DPHA, respectively.
  • Three radiation cooling elements were fabricated by spin-coating each of the three mixtures on the three reflective layers to form a single layer of radiation cooling layer.
  • a reflective layer made of silver (Ag) was formed at 100 nm using an E-beam evaporator on a glass substrate.
  • a second radiation layer of 130 nm was formed by spin coating silica fine particles on the reflective layer.
  • a first radiation layer having an uneven pattern was formed through a nanoimprinting process.
  • the width of the uneven pattern of the first radiation layer is 24 ⁇ m and the height is 10.2 ⁇ m.
  • Each reflective layer made of silver (Ag) was formed on a silicon substrate using an E-beam evaporator.
  • a radiation cooling device was manufactured by depositing ZrO 2 on the reflective layer to form a first coating layer, and depositing SiO 2 on the first coating layer to form a second coating layer.
  • a reflective layer made of silver (Ag) was formed on a glass substrate using an E-beam evaporator.
  • a cooling element was manufactured by forming a reflective layer made of silver (Ag) using an E-beam evaporator on a glass substrate.
  • a radiation cooling device was manufactured in the same manner as in Example 7, except that the first radiation layer was formed by applying zirconium oxide to a thickness of 7.33 ⁇ m on the second radiation layer.
  • a cooling element was manufactured by forming a reflective layer made of silver (Ag) using an E-beam evaporator on a silicon substrate.
  • FIG. 5 is a graph showing absorbance according to whether or not the first and second radiation layers are repeatedly stacked according to an embodiment and a control example of the present invention.
  • Example 1-1 (1 pair of Al 2 O 3 /PSS layer) with respect to light having a wavelength in the mid-infrared region (yellow region of FIG. 5) is the Comparative Example 1- It can be seen that it is higher than the absorption rate of 1 (1 pair of Al 2 O 3 /SiO 2 layer).
  • Example 1-1 having an uneven pattern emits more mid-infrared rays than Comparative Example 1-1 without an uneven pattern.
  • Example 1-2 periodic Al 2 O 3 /PSS layer
  • Control Example 1-2 periodic Al 2 O 3 /SiO 2 layer
  • Example 1-2 having an uneven pattern emits more mid-infrared rays than Comparative Example 1-2 without an uneven pattern.
  • the radiation cooling device may increase mid-infrared radiation efficiency by including an uneven pattern.
  • FIG. 6 is a graph showing the absorption rate and emissivity of the radiation cooling device according to the second embodiment of the present invention.
  • the yellow area of FIG. 6 means incident sunlight.
  • the simulation result has a temperature change of -8.18°C and a cooling efficiency of 81.8W/m 2.
  • the temperature change amount refers to the amount of change in temperature after cooling from the initial temperature of the radiant cooling element
  • the temperature change amount -8.18°C means that the temperature of the radiation cooling element is lowered by 8.18°C compared to the initial temperature.
  • Example 7 is a graph showing the temperature of the radiation cooling element for each day time according to the amount of insolation in Example 2 of the present invention.
  • the temperature of the radiation cooling element was measured for 3 days from midnight on May 9, 2019 to midnight on May 11, 2019.
  • Example 2 Although the temperature rises and falls according to the intensity of sunlight, it can be confirmed that the temperature change amount of -8°C was maximum during the day and the temperature change amount of -2°C at night.
  • Example 8 is a graph showing the absorption rate and emissivity of the radiation cooling device according to Example 3-1 of the present invention.
  • the radiation cooling element of Example 3-1 was predicted to have a temperature change of -9.132°C and a cooling efficiency of 80.44W/m 2.
  • Example 3-1 As a result of measuring the actual absorption rate for Example 3-1, it can be confirmed that the solar region has the minimum emission rate and has the maximum reflectance, and the mid-infrared area (blue area in FIG. 8) has the maximum emission rate. have.
  • Example 9 is a graph showing the external temperature of the radiation cooling element for each day time according to the amount of insolation in Example 3-1 and Comparative Example 2 of the present invention.
  • Example 3-1 As a result of observing the temperatures of Example 3-1 and Control Example 2 in the daytime (10 a.m. to 4 p.m.) on April 13, 2019, compared to the ambient temperature (Ambient T). It can be seen that the temperature change amount of 2 is -3°C and the temperature change amount of Example 3-1 is -5.95°C.
  • the outside temperature (Outside T) has a lower temperature than that of Example 3-1 and Control Example 2 due to heat loss due to air.
  • the radiation cooling device of the present invention can have excellent cooling efficiency by a radiation cooling layer made of a material capable of emitting mid-infrared rays.
  • Example 10 is a graph showing the temperature of the radiation cooling element for each night time according to Example 3-1, Example 3-2, and Comparative Example 2 of the present invention.
  • Example 3-1 As a result of observing the temperatures of Example 3-1, Example 3-2, and Control Example 2 on the night of April 13, 2019 (10 pm to 4 am), the ambient temperature (Ambient Compared to T), it can be seen that the temperature change amount of Comparative Example 2 was -0.5°C, and the temperature change amount of Example 3-1 and Example 3-2 was -2.5°C.
  • FIG. 11 is a graph showing absorbance of radiation cooling elements according to Examples 4-1, 4-2, and Control Example 3 of the present invention.
  • Example 4-1 and Example 4-2 exhibited higher emissivity in the mid-infrared region than in Comparative Example 3.
  • Example 4-1 hardly absorbed light in the visible region and showed a high absorption rate in the long wavelength region.
  • Example 4-1 the amount of temperature change in Example 4-1 is -9.5°C, and the cooling efficiency is 99.16W/m 2 .
  • Example 12 is a graph showing the temperature and external temperature of the radiation cooling element for each day time according to Example 4-1, Example 4-2, and Comparative Example 3 of the present invention.
  • Example 4-1 and Example 4-2 have a lower temperature than that.
  • Example 4-1 has a maximum temperature change of -8°C.
  • Example 13 is a graph showing the temperature and the external temperature of the radiation cooling element for each night time according to Example 4-1 and Example 4-2 of the present invention.
  • Example 4-1 and Example 4-2 were 13 and 13 for 5 hours from 10:49 pm to 3:49 am on April 25, 2019, ambient temperature (Ambient) It can be seen that the temperature of the radiant cooling element is lower than that of.
  • Example 4-1 the amount of temperature change in Example 4-1 is at most -3°C.
  • the radiation cooling device of the present invention may have excellent cooling efficiency even at night and day by including a radiation cooling layer formed of fine particles or polymer materials capable of emitting mid-infrared rays.
  • SEM scanning electron spectroscopy
  • the thickness of the radiation cooling layer is 10.5 ⁇ m and 16.5 ⁇ m, respectively. , 25.7 ⁇ m, it can be seen that the thickness of the radiant cooling layer increases as the DPHA content increases.
  • 15 is a graph showing the absorbance according to the DPHA content of the radiation cooling device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the higher the DPHA content in the radiation cooling layer the higher the mid-infrared emissivity in the mid-infrared region, so that the cooling efficiency of the radiation cooling element can be improved.
  • Example 16 is a graph showing the temperature of the radiation cooling element for each observation period according to the amount of insolation in Example 5 of the present invention.
  • Example 5 As a result of measuring the temperature of Example 5 for 3 days from April 28, 2019 to April 30, 2019, the higher the DPHA content of Example 5, the higher the mid-infrared emissivity and the temperature. It can be seen that the amount of change is large.
  • Example 5 when the DPHA content is 90% by weight, it has a temperature change amount of -10.1°C.
  • the radiation cooling device of the present invention includes a radiation cooling layer made of a polymer material having a resonance effect due to chemical bonding of molecules, so that it can have excellent radiation cooling efficiency due to a high mid-infrared emissivity.
  • Example 17 is a graph showing the absorption rate according to the content of fine particles of the radiation cooling device according to Example 6-1 of the present invention.
  • Example 6-1 As the content of the fine alumina particles of Example 6-1 increases, the emissivity increases in the mid-infrared region.
  • Example 18 is a graph showing the absorption rate according to the fine particle diameter of the radiation cooling device according to Example 6-2 of the present invention.
  • the radiation cooling device preferably contains a high content of nanometer-level fine particles in order to have excellent cooling efficiency.
  • Example 19 is a graph showing the temperature according to the fine particle content of the radiation cooling device according to the amount of insolation in Example 5 of the present invention.
  • Example 6-1 As a result of measuring the temperature of Example 6-1 from May 28, 2019 to May 30, 2019, as the content of the alumina fine particles increased, the mid-infrared emissivity increased, resulting in cooling efficiency. You can see that it improves.
  • Example 6-1 when the content of the alumina fine particles is 7.7% by weight, it can be seen that the temperature change amount of Example 6-1 is at most -11.9°C.
  • the radiation cooling device includes fine particles capable of emitting mid-infrared rays, thereby having excellent radiation cooling efficiency as the mid-infrared emissivity increases.
  • Example 20 is a graph showing the absorption rate according to the presence or absence of an uneven pattern according to Example 7 and Control Example 4 of the present invention.
  • the first radiation layer of Example 7 and Comparative Example 4 is made of an oxide semiconductor having the same volume.
  • the absorption rate is generally higher than that of the Comparative Example 4 (Thin film) in the red color region, which is the mid-infrared region.
  • the first radiation layer of the seventh embodiment includes an uneven pattern, it can be seen that absorption of mid-infrared rays increases due to resonance of an electric field and a magnetic field at a specific wavelength.
  • the radiation cooling element according to an embodiment of the present invention can selectively increase the mid-infrared absorption rate at the wavelength of the mid-infrared region when the uneven pattern is formed in a micro-size, and thus, radiation is easily generated with respect to the mid-infrared ray. It can have an excellent cooling effect.
  • Example 21 is a graph showing the mid-infrared emissivity of the radiation cooling elements of Example 8, Control Example 5-1, and Control Example 5-2 of the present invention.
  • Example 8 (Radiative cooling (RC)/Ag/Si) is a mid-infrared region of 8 compared to Comparative Example 5-1 (Ag/Si) and Comparative Example 5-2 (Si). It can be seen that the emissivity increases in the ⁇ 13 ⁇ m wavelength band.
  • 22A to 22C are graphs showing changes in temperature and temperature of the radiation cooling elements of Example 8, Comparative Example 5-1, and Comparative Example 5-2 of the present invention over time.
  • FIG. 22A is a result of observing the temperature and temperature change of the radiation cooling elements of Example 8, Control Example 5-1, and Control Example 5-2 during one day
  • FIG. 22B is a daytime (10:00-18:00) It is a result of observing the temperature and temperature change of the radiant cooling elements of Example 8, Control Example 5-1, and Control Example 5-2 during
  • FIG. 22C shows the Example during the night time (22:00 to 06:00). It is a result of observing the temperature and the amount of temperature change of the radiation cooling elements of 8, Control Example 5-1 and Control Example 5-2.
  • Example 8 has a lower temperature than that of Control Example 5-1 (Ag/Si) and Control Example 5-2 (Si). , It can be seen that it has excellent cooling efficiency as it has a temperature lower than the ambient temperature.
  • Example 8 (RC/Ag/Si) was compared to Comparative Example 5-1 (Ag/Si) and Comparative Example 5-2 (Si) in both daytime and nighttime. It can be seen that it has a low temperature.
  • Example 8 RC/Ag/Si
  • Comparative Example 5-1 Ag/Si
  • Comparative Example 5-2 Si
  • the radiation cooling device includes a coating layer including materials having different refractive indices from each other, thereby having an excellent cooling effect.
  • the white radiation cooling element according to an embodiment of the present invention absorbs mid-infrared rays and radiates as heat, and at the same time reflects or scatters visible light, and is formed on the surface of a target object to provide a white radiation cooling element according to an embodiment of the present invention. Make the temperature of the object underneath it lower than the outside temperature.
  • the white radiation cooling element according to an embodiment of the present invention is provided on the surface of a vehicle to emit mid-infrared rays and reflect or scatter visible light, thereby reducing the temperature of the white radiation cooling element and reducing the temperature of the vehicle frame. You can make it lower than the outside temperature, or make the temperature inside the car lower than the outside temperature.
  • the target object is a target equipped with a white radiation cooling element
  • a building such as a car or apartment, a shopping mall, or an office building may be a target object, and a white radiation cooling element according to an embodiment of the present invention may be provided. If it is an object, it is not limited to the above example.
  • the external temperature refers to the ambient temperature, and may be a temperature corresponding to the outside of the white radiation cooling element according to an embodiment of the present invention.
  • the white radiation cooling device includes fine particles or a polymer material having different refractive indices, and reflects and scatters sunlight having a wavelength in the visible region to give white color.
  • 23A to 23C are cross-sectional views showing a detailed state of a white radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • the white radiation cooling element 100 is formed on the substrate 110 and the substrate 110, and absorbs sunlight having a wavelength in the mid-infrared region.
  • the white radiation cooling element 100 includes a white radiation cooling layer 120 in which fine particles 122 reflecting and scattering sunlight having a wavelength in a visible light region are mixed in the polymer matrix 121 radiated as heat.
  • the substrate 110 may be formed of any one of a flexible polymer film, glass, quartz, silicon wafer, and metal, and is not limited to the material.
  • the substrate 110 is a polyester resin such as polyethylene naphthalate (PEN), an acetate resin, a polyethersulfone resin, a polycarbonate resin, a polyamide resin, a polyimide resin, a polyolefin resin.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • (Meth)acrylic resin polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polystyrene resin, polyvinyl alcohol resin, polyallylate resin, polyphenylene sulfide resin It may be a film, but is not limited to the material.
  • the white radiation cooling layer 120 is formed on the substrate 110, absorbs mid-infrared rays or long-wavelength infrared rays, and incorporates fine particles 122 that reflect and scatter visible light into the polymer matrix 121 that radiates as heat.
  • the temperature of the target object may be lowered than the external temperature.
  • objects on the earth emit mid-infrared rays in a wavelength range of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m because the surface temperature reaches several tens of degrees Celsius.
  • the white radiation cooling layer 120 is made of a material that can emit mid-infrared rays well in the known atmospheric transparent section (atmospheric window transmittance or sky window) in the 8 ⁇ m to 13 ⁇ m wavelength range.
  • the temperature of the white radiation cooling element 100 according to the first embodiment of the present invention may be maintained to be lower than the external temperature.
  • the polymer matrix 121 may absorb sunlight having a wavelength in the mid-infrared region and radiate it as heat.
  • the polymer matrix 121 may include an acrylic polymer.
  • the acrylic polymer has a C-O stretching vibration and has a high emissivity at a wavelength in the mid-infrared region.
  • the polymer matrix 121 may include at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), polymethyl methacrylate (PMMA), and dipentaerythritol penta/hexa acrylate (DPHA), but is not limited thereto.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • DPHA dipentaerythritol penta/hexa acrylate
  • the polymer matrix 121 may be made of polyvinylidene fluoride (PVDF) or polyurethane acrylate (PUA).
  • the white radiation cooling layer 120 may have a form in which fine particles 122 including a metal oxide or a polymer material are mixed in the polymer matrix 121.
  • the fine particles 122 including the metal oxide may reflect and scatter sunlight having a wavelength in the visible light region, and the first embodiment of the present invention by reflection and scattering of visible light through the fine particles 122 According to the white radiation cooling element 100 may be seen as white.
  • fine particles 122 including metal oxides that do not absorb visible light reflect visible light in various directions, It does not have a mirror-like appearance like the existing radiant cooling elements and can be white.
  • the fine particles 122 include a polymer material
  • the polymer matrix 121 and the fine particles 122 including the polymer material are They may have different refractive indices, and scattering or reflection of visible light may be enhanced by different refractive indices.
  • the polymer matrix 121 and the fine particles 122 may be made of a material having a refractive index of 1,4 to 1.7, and scattering or reflection of visible light may be further enhanced as the difference in refractive index increases. .
  • the polymer material may be at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyurethane acrylate (PUA).
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PUA polyurethane acrylate
  • the white radiation cooling layer 120 may have a shape in which fine particles 122 including PUA (refractive index of about 1.55) are mixed in a polymer matrix 121 made of PVDF (refractive index of about 1.426).
  • the white radiation cooling layer 120 may have a shape in which fine particles 122 including PVDF are mixed in a polymer matrix 121 made of PUA.
  • the polymer matrix 121 and the fine particles 122 including the polymer material have different refractive indices, when visible light is incident on the interface between the fine particles 122 and the polymer matrix 121, visible light can be scattered and reflected, thereby reducing energy consumption. It can have excellent cooling performance without consumption.
  • the fine particles 122 may be incorporated into the polymer matrix 121 in an amount of 1% to 50% by weight based on the total weight of the polymer matrix 121.
  • the metal oxide is titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), silicon oxide (SiO 2 ), and silicon nitride (Si 3 N 4 ) May be at least one of, but is not limited to the material.
  • the diameter of the fine particles 122 may be 10nm to 20 ⁇ m.
  • the diameter of the fine particles 122 is larger than 3 ⁇ m, the amount of absorption in the long wavelength region increases, and heat emission may be improved.
  • the microparticles 122 may have a higher visible light reflectance (or scattering rate) than the microparticles 122 having a size in a nanometer unit.
  • the white radiation cooling device 100 includes white radiation including fine particles 122 that reflect and scatter visible light on a polymer matrix 121 that emits excellent mid-infrared rays or long-wavelength infrared rays. Excellent cooling performance may be obtained by the cooling layer 120.
  • the white radiation cooling device 100 has white color by fine particles 122 that reflect and scatter visible light, so that aesthetics may be improved.
  • the white radiation cooling element 200 is a reflection enhancement layer that additionally reflects sunlight having a wavelength in the visible light region on a lower surface of the white radiation cooling layer 220. It may further include (230).
  • the white radiation cooling element 200 includes a white radiation including fine particles 222 mixed in the substrate 210, the reflection enhancement layer 230, and the polymer matrix 221.
  • a cooling layer 220 may be included.
  • the white radiation cooling element 200 according to the second embodiment of the present invention includes the components of the white radiation cooling element 200 according to the first embodiment, a redundant description will be omitted.
  • the reflection enhancement layer 230 additionally reflects light in the ultraviolet, visible, and near-infrared regions of sunlight, thereby preventing an increase in temperature of the white radiation cooling element 200 according to the second embodiment of the present invention by sunlight. I can make it.
  • the reflection enhancement layer 230 may be made of a material capable of reflecting sunlight well, and in particular, it is preferable to have a reflectance of 90% or more with respect to light in the visible region.
  • the reflection enhancement layer 230 may be a layer in which a metal material is deposited on the substrate 210.
  • the reflection enhancement layer 230 is a metal material sputtering on the substrate 210, atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), thermal evaporation (thermal evaporation), co-evaporation method. (co-evaporation), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), e-beam evaporation, RF sputtering, magnetron sputtering, vacuum deposition, or chemical vapor deposition. vapor deposition).
  • the reflection enhancement layer 230 may be made of at least one of metal materials such as silver (Ag), aluminum (Al), and platinum (Pt), depending on the embodiment, but is not limited thereto.
  • the reflection enhancement layer 230 may be formed of a solar reflective film sold on the market, such as a solar mirror film of 3M.
  • a reflection enhancement layer 230 and a white radiation cooling layer 220 may be repeatedly formed.
  • the white radiation cooling element 200 includes a reflection enhancement layer 230 on the substrate 210-a white radiation cooling layer 220-a reflection enhancement layer 230-a white radiation
  • the cooling layer 220 may be formed by stacking in the order of...
  • fluorescent particles 323 emitting fluorescence may be further mixed in the white radiation cooling layer 320.
  • the white radiation cooling element 300 is formed on the substrate 310 and the substrate 310, absorbs mid-infrared rays or sunlight having a wavelength of the region, and radiates as heat.
  • the polymer matrix 321 may include a white radiation cooling layer 320 in which fine particles 322 reflecting and scattering sunlight having a wavelength in the visible region and fluorescent particles 323 emitting fluorescence are mixed. .
  • the white radiation cooling element 300 according to the third embodiment of the present invention may include all of the components of the white radiation cooling element 300 according to the first and second embodiments, a redundant description will be omitted. do.
  • the fluorescent particles 323 included in the white radiation cooling layer 320 absorb sunlight to emit visible light, and may emit visible light of at least one color according to an exemplary embodiment.
  • colors are mixed by the fluorescent particles 323 having at least one color, so that the white radiation cooling element 300 according to the third exemplary embodiment of the present invention may appear in various colors as well as white.
  • the fluorescent particles 323 may be made of manganese (Mn) emitting red fluorescence and antimony (Sb) emitting blue fluorescence.
  • the fluorescent particles 323 may be made of a ruthenium-aluminium-garnet (Lutetium aluminum garnet; LuAG) system, and in addition, yttrium-aluminium-garnet (Yttrium Aluminum Garnet; YAG)-based, nitride-based, It may be a sulfide-based, a silicate-based, or a mixture thereof.
  • LuAG ruthenium-aluminium-garnet
  • Yttrium Aluminum Garnet YAG
  • nitride-based nitride-based
  • It may be a sulfide-based, a silicate-based, or a mixture thereof.
  • the white radiation cooling device 300 may include fine particles 322 and a color developing agent 323 in the polymer matrix 321.
  • the color developing agent 323 may be a generally known meta-material or dye, but is not limited to the material.
  • the white radiation cooling device 300 according to the third exemplary embodiment of the present invention further includes the fluorescent particles 323, so that it does not have a mirror-like color and can take on various colors, thereby improving aesthetics.
  • a white radiation cooling device according to the present invention was manufactured according to an example, and characteristics and effects of the white radiation cooling device were demonstrated through the evaluation of the characteristics of the white radiation cooling device of the example.
  • a mixture was prepared by mixing 30% by weight of zinc oxide (ZnO) particles having a diameter of 20 nm as fine particles based on the total weight of PDMS as a polymer material.
  • ZnO zinc oxide
  • a reflection enhancement layer made of silver (Ag) was formed on the glass substrate using an E-beam evaporator.
  • the mixture was spin-coated on the reflection enhancing layer to prepare a white radiation cooling device.
  • a white radiation cooling device was manufactured in the same manner as in [Example 1-1], except that zinc oxide particles were mixed in an amount of 50% by weight.
  • a mixture was prepared by mixing 1.9% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) particles having a diameter of 20 nm as fine particles based on the total weight of DPHA as a polymer material.
  • a reflection enhancement layer made of silver (Ag) was formed on the glass substrate using an E-beam evaporator.
  • the mixture was spin-coated on the reflection enhancing layer to prepare a white radiation cooling device.
  • a white radiation cooling device was manufactured in the same manner as in [Example 1-1], except that a mixture was prepared by mixing alumina particles in an amount of 3.8% by weight relative to the total weight of DPHA.
  • a white radiation cooling device was manufactured in the same manner as in [Example 1-1], except that a mixture was prepared by mixing alumina particles in an amount of 7.7% by weight based on the total weight of DPHA.
  • DPHA was spin-coated on the reflective layer to manufacture a radiation cooling device.
  • a mixture was prepared by mixing 33% by weight of PVDF particles having a diameter of 20 nm as fine particles based on the total weight of PUA as a polymer material.
  • a white radiation cooling device was manufactured by spin coating the mixture on a glass substrate.
  • a radiation cooling device was manufactured by spin coating PUA on a glass substrate.
  • 24A and 24B are graphs showing the absorption rate according to the content of fine particles of the white radiation cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • Example 1-1 and Example 1-2 have high reflectance with respect to visible light.
  • Example 1-1 As a result of measuring the reflectance of Example 1-1 and Example 1-2, in the case of Example 1-2 having a higher zinc oxide particle content, higher reflectance to visible light than Example 1-1 was obtained. You can confirm what you have.
  • the white radiation cooling device has a lower transmittance, that is, a higher reflectance for visible light, as the content of fine particles increases.
  • 25 is a graph showing the temperature over time of a white radiation cooling device including fine particles according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Example 2-3 in sunny weather on May 28, 2019, Example 2-3 was -11.9°C, Example 2-2 was -11.3°C, Example 2-1 was -9.2°C, Control Example In the case of 1, it can be confirmed that it is -8.8°C.
  • Example 2-3 in cloudy weather on May 30, 2019, in the case of Example 2-3 -7.2°C, in the case of Example 2-2 -6.6°C, in the case of Example 2-1 -5.9°C, in the case of Comparative Example 1- It can be confirmed that it is 5.4°C.
  • Example 2-3, Example 2-2, Example 2-1, and Comparative Example 1 were found to have a large amount of temperature change in that order, and accordingly, as the content of fine particles increased, the mid-infrared emissivity and visible light It can be seen that the reflectance/scattering rate is increased, so that the cooling efficiency of the white radiation cooling element is improved.
  • FIG. 26A is an image showing a state of a conventional radiation cooling element
  • FIG. 26B is an image showing a state of a white radiation cooling element according to an embodiment of the present invention.
  • a conventional radiation cooling device in which a polymer layer is formed on a reflective layer has the same color as a metallic mirror.
  • the white radiation cooling element of Example 3 has a white color.
  • the white radiation cooling device of Example 2 exhibits white color by reflecting and scattering visible light of the PUA particles.
  • 27 is a graph showing the absorption rate of the white radiation cooling element according to the type of polymer included in the white radiation cooling layer according to an embodiment of the present invention.
  • Example 3 (PUA+PVDF) exhibits a high reflectance for visible light and a high emissivity in the mid-infrared region.
  • Example 3 In the yellow region, which is the visible light region, the absorption rate of Example 3 is lower than that of Comparative Example 2-1, and it can be seen that the visible light reflectance of Example 3 is higher than that of Comparative Example 2-1.
  • Example 3 and Comparative Example 2-1 were almost similar to the emissivity of Example 3 in the blue region of the near-infrared and mid-infrared regions, it can be confirmed that even if the PUA particles were included, the mid-infrared emissivity was not affected.
  • the white radiation cooling element including fine particles of a polymeric material according to an embodiment of the present invention hardly affects the emissivity even if the content of the fine particles is increased when it has the highest emissivity in the mid-infrared region. .
  • FIG. 28 is a graph showing the temperature over time of a white radiation cooling device including fine particles of a polymer material according to an embodiment of the present invention.
  • Ambient T shown in FIG. 28 is the temperature inside the chamber in which the radiant cooling elements of Example 3 and Control Example 2-2 are provided, and is a temperature for comparing the degree of cooling of the actual Example 3 and Control Example 2-2. .
  • Outside T is the temperature outside the chamber and is measured lower than Ambient T by convection.
  • Example 3 was cooled by an average of about 5.7°C compared to the ambient temperature. have.
  • Example 3 was cooled by an average of about 1.6° C. compared to Comparative Example 2-2.
  • the white radiation cooling device further includes fine particles that reflect and scatter visible light on a polymer matrix that emits mid-infrared rays, and has better cooling performance than a conventional radiation cooling device. have.

Abstract

본 발명은 복사 냉각 소자 및 이의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 기판 상에 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 반사층; 및 상기 반사층 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 복사 냉각층을 포함하며, 상기 복사 냉각층은, 요철 패턴을 포함하는 제1 복사층; 및 상기 제1 복사층 상에 형성되고 상기 제1 복사층과 상이한 굴절률을 가지는 제2 복사층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복사 냉각 소자 및 이의 제조방법
본 발명은 복사 냉각 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉각을 위해서는 에너지의 소모가 필수적이다. 냉장고, 에어컨 등 범용 냉각 기기는 에너지를 사용하여 냉매를 압축시킨 뒤 압축된 냉매를 팽창시킬 때 발생하는 열의 흡수를 이용하여 냉각을 수행하는데, 이와 달리 복사 냉각은 에너지의 소모 없이 냉각을 시킬 수 있는 기술이다.
복사 냉각을 위해서는 각 파장 대에서 빛의 흡수, 반사, 복사를 잘 제어하여야 한다.
대부분의 경우 열원은 입사하는 태양광으로, 태양광의 열은 그 파장 대가 UV-가시광선-근적외선대에 분포하는데, 이 파장대의 빛을 반사시키면 태양광을 통한 열의 유입을 차단할 수 있다.
만약 어떤 소재의 UV-가시광선-근적외선대에서의 반사율이 100%라면 입사되는 태양광의 에너지를 100% 반사시키고 전혀 흡수하지 않음을 의미한다.
예를 들면 태양빛이 내리쬐는 대낮에 빛을 잘 흡수하는 검은색 자동차의 내부 온도는 쉽게 상승하지만, 상대적으로 빛을 흡수하지 않고 잘 반사시키는 흰색 자동차의 경우 내부 온도 상승은 상대적으로 더디다.
만약 자동차의 표면이 UV-가시광선-근적외선의 파장대의 빛을 모두 반사시킨다면 태양광에 의한 열에너지의 유입은 차단할 수 있다.
모든 물체는 그 자체가 열을 빛의 형태로 외부로 방사하게 되는데 이때 방사되는 빛의 파장 대는 그 물체의 표면 온도에 의해 결정된다.
태양이 UV-가시광선-근적외선 파장대의 빛을 외부로 방사하는 이유는 태양의 표면온도가 6000℃이기 때문이다.
표면온도가 수십℃인 물체는 중적외선 (파장이 수 ~ 십 수 마이크론) 파장의 빛을 외부로 방사한다.
만약 물체 표면에 중적외선의 방사를 억제하거나 방사되는 빛을 다시 반사시키는 소재를 코팅하게 되면 중적외선 방사에 의한 열의 손실이 줄어들어 보온의 효과가 있다.
지구의 대기는 수증기, 이산화탄소 등이 존재하는데 이들 가스는 지구가 외부로 방사하는 중적외선의 일부 파장을 흡수하여 방사를 억제한다.
그러나 속칭 sky window라 불리는 8마이크론부터 13마이크론 파장대의 중적외선은 지구 대기에 의하여 흡수되지 않으므로 sky window라 부르며 이 파장대의 적외선은 대기에 흡수되지 않고 우주공간으로 방사된다.
파장대가 UV-가시광선-근적외선인 입사하는 태양광 (태양으로부터 방사되는)을 모두 반사시키고 sky window구간인 8 ~ 13㎛ 영역의 중적외선을 외부로 효과적으로 잘 방사시킬 수 있다면 열 유입을 차단하고 열 방출을 극대화시켜 에너지 소모 없이 소재를 냉각시킬 수 있다.
일반적으로 냉각을 위해서는 에너지의 소모가 필수적이다. 냉장고, 에어컨 등 범용 냉각 기기는 에너지를 사용하여 냉매를 압축시킨 뒤 압축된 냉매를 팽창시킬 때 발생하는 열의 흡수를 이용하여 냉각을 수행하는데, 이와 달리 복사 냉각은 에너지의 소모 없이 냉각을 시킬 수 있는 기술이다.
복사 냉각을 위해서는 각 파장 대에서 빛의 흡수, 반사, 복사를 잘 제어하여야 한다.
대부분의 경우 열원은 입사하는 태양광으로, 태양광의 열은 그 파장 대가 UV-가시광선-근적외선대에 분포하는데, 이 파장대의 빛을 반사시키면 태양광을 통한 열의 유입을 차단할 수 있다.
만약 어떤 소재의 UV-가시광선-근적외선대에서의 반사율이 100%라면 입사되는 태양광의 에너지를 100% 반사시키고 전혀 흡수하지 않음을 의미한다.
예를 들면 태양빛이 내리쬐는 대낮에 빛을 잘 흡수하는 검은색 자동차의 내부 온도는 쉽게 상승하지만, 상대적으로 빛을 흡수하지 않고 잘 반사시키는 흰색 자동차의 경우 내부 온도 상승은 상대적으로 더디다.
만약 자동차의 표면이 UV-가시광선-근적외선의 파장대의 빛을 모두 반사시킨다면 태양광에 의한 열에너지의 유입은 차단할 수 있다.
모든 물체는 그 자체가 열을 빛의 형태로 외부로 방사하게 되는데 이때 방사되는 빛의 파장 대는 그 물체의 표면 온도에 의해 결정된다.
태양이 UV-가시광선-근적외선 파장대의 빛을 외부로 방사하는 이유는 태양의 표면온도가 6000℃이기 때문이다.
표면온도가 수십℃인 물체는 중적외선 (파장이 수 ~ 십 수 마이크론) 파장의 빛을 외부로 방사한다.
만약 물체 표면에 중적외선의 방사를 억제하거나 방사되는 빛을 다시 반사시키는 소재를 코팅하게 되면 중적외선 방사에 의한 열의 손실이 줄어들어 보온의 효과가 있다.
지구의 대기는 수증기, 이산화탄소 등이 존재하는데 이들 가스는 지구가 외부로 방사하는 중적외선의 일부 파장을 흡수하여 방사를 억제한다.
그러나 속칭 sky window라 불리는 8마이크론부터 13마이크론 파장대의 중적외선은 지구 대기에 의하여 흡수되지 않으므로 sky window라 부르며 이 파장대의 적외선은 대기에 흡수되지 않고 우주공간으로 방사된다.
파장대가 UV-가시광선-근적외선인 입사하는 태양광 (태양으로부터 방사되는)을 모두 반사시키고 sky window구간인 8~13㎛ 영역의 중적외선을 외부로 효과적으로 잘 방사시킬 수 있다면 열 유입을 차단하고 열 방출을 극대화시켜 에너지 소모 없이 소재를 냉각시킬 수 있다.
태양광 반사 소재는 금속이고 태양광에 투명하며 장파장 적외선을 잘 방사 시키는 소재를 사용하므로, 거의 모든 복사냉각소자의 외관은 금속 거울과 같은 색상을 띠게 된다.
이러한 금속 거울과 같은 색상은 복사냉각소재의 응용에 있어서 단점이 될 수 있다.
복사냉각소자는 자동차, 건축물, 콘테이너등에 사용되어 냉각에 필요한 에너지부담을 줄여줄 수 있는데 색상이 금속 거울 색으로 한정되므로 동일한 냉각성능을 보이면서 다른 색상을 띨 수 있는 복사냉각소자의 필요성이 크다.
태양이 UV-가시광선-근적외선 파장대의 빛을 외부로 방사하는 이유는 태양의 표면온도가 6000℃이기 때문이다.
본 발명의 실시예는, 복사 냉각층은 요철 패턴을 포함하여 표면적이 넓어짐에 따라 중적외선 방사율을 증가시켜 복사 냉각 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 복사 냉각 소자 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는, 중적외선을 방사할 수 있는 산화물, 질화물 또는 고분자 물질로 복사 냉각층을 형성함으로써, 중적외선 방사율을 증가시켜 복사 냉각 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 복사 냉각 소자 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는, 산화물 또는 질화물로 이루어진 미세 입자, 고분자 물질 또는 이들의 혼합물로 복사 냉각층을 형성하여 중적외선 방사율을 증가시키고 복사 냉각 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 복사 냉각 소자 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는, 가시광선에 대하여 고굴절률 및 저굴절률인 소재로 이루어진 복사 냉각층을 형성하여, 가시광선 반사율을 극대화시켜 복사 냉각 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 복사 냉각 소자 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 백색 복사 냉각층에 가시광선을 반사 및 산란시키고, 금속산화물 또는 고분자 물질을 포함하는 미세 입자를 포함하여, 복사 냉각 소자가 백색을 띠도록 할 수 있는 백색 복사 냉각 소자를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 입사 태양광을 모두 반사시켜 냉각 성능을 향상시킨 백색 복사 냉각 소자를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 고분자 매트릭스 및 고분자 물질을 포함하는 미세 입자를 포함하는 백색 복사 냉각층을 통하여, 대량 생산이 용이하고 제조 비용이 저렴하며 다양한 물성을 조절할 수 있는 백색 복사 냉각 소자를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 백색 복사 냉각층의 하면에 반사 증진층을 포함하여, 가시광선 반사율이 증진되어 냉각 성능이 향상된 백색 복사 냉각 소자를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 형광 입자를 포함하는 백색 복사 냉각층을 통하여, 백색 복사 냉각 소자는 백색뿐만 아니라 다양한 색을 발현할 수 있는 백색 복사 냉각 소자를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 복사 냉각 소자는 기판 상에 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 반사층; 및 상기 반사층 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 복사 냉각층을 포함하며, 상기 복사 냉각층은, 요철 패턴을 포함하는 제1 복사층; 및 상기 제1 복사층 상에 형성되고 상기 제1 복사층과 상이한 굴절률을 가지는 제2 복사층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 복사 냉각층은 상기 제1 복사층 및 상기 제2 복사층이 반복적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 제1 복사층 및 상기 제2 복사층은 산화물 또는 질화물로 이루어진 미세 입자 및 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 미세 입자의 직경은 10nm 내지 20μm일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 미세 입자는 실리카(SiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 고분자 물질은 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 제1 복사층 및 제2 복사층의 두께는 각각 10nm 내지 2,000nm일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 복사 냉각층은, 상기 반사층 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 중적외선 흡수층; 상기 중적외선 흡수층 상에 형성되고, 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 제1 코팅층은 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 상기 제2 코팅층보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 코팅층은 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 코팅층은 상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층이 반복적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 제1 코팅층과 상기 제2 코팅층의 굴절률 차이는 0.7 내지 2일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 제1 코팅층은 ZnS, Si, Ge 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 제2 코팅층은 CaF2를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은, 기판 상에 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 반사층을 형성하는 단계; 및 상기 반사층 상에 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 복사 냉각층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 복사 냉각층을 형성하는 단계는, 상기 반사층 상에 요철 패턴을 포함하는 제1 복사층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 복사층 상에 상기 제1 복사층과 상이한 굴절률을 가지는 제2 복사층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 따르면, 상기 복사 냉각층은 상기 반사층 상에 상기 제1 복사층 및 상기 제2 복사층이 반복적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 따르면, 상기 제1 복사층은 상기 반사층 상에 산화물 또는 질화물로 이루어진 미세 입자와 고분자 물질 중 적어도 어느 하나가 도포된 후 스탬프를 이용하여 요철 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 따르면, 상기 제2 복사층은 산화물 또는 질화물로 이루어진 미세 입자와 고분자 물질 중 적어도 어느 하나가 상기 기판 상에 스핀 코팅되어 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 따르면, 상기 스핀 코팅은 30초 내지 40초 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 따르면, 상기 복사 냉각층을 형성하는 단계는, 상기 반사층 상에 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 중적외선 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 중적외선 흡수층 상에 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 중적외선 흡수층 상에 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 형성하며, 상기 제1 코팅층은 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 상기 제2 코팅층보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 따르면, 상기 코팅층은 상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층이 반복적으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 백색 복사 냉각 소자는, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 고분자 매트릭스 내에 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 금속산화물 또는 고분자 물질을 포함하는 미세 입자가 혼입된 백색 복사 냉각층을 포함하며, 상기 백색 복사 냉각층은 상기 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하면서, 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 백색 복사 냉각 소자는 상기 백색 복사 냉각층에 포함된 상기 금속산화물을 포함하는 미세 입자가 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시켜 백색을 띨 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 고분자 매트릭스와 상기 고분자 물질을 포함하는 미세 입자는 서로 상이한 굴절률을 가지며, 상기 백색 복사 냉각 소자는 상기 백색 복사 냉각층에 포함된 상기 고분자 물질을 포함하는 미세 입자가 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시켜 백색을 띨 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 고분자 매트릭스는 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethyl methacrylate), DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate), PVDF(polyvinylidene fluoride) 및 PUA(polyurethane acrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 금속산화물은 이산화티타늄(TiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3) 및 산화아연(ZnO) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 고분자 물질은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 및 PUA(polyurethane acrylate) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 백색 복사 냉각 소자는, 상기 백색 복사 냉각층의 하면에 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 추가 반사시키는 반사 증진층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 백색 복사 냉각 소자는, 상기 반사 증진층은 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 백금(Pt) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 상기 백색 복사 냉각 소자는 상기 반사 증진층 및 상기 백색 복사 냉각층이 반복적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자에 따르면, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 고분자 매트릭스 내에 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 금속산화물 입자 및 형광을 방출하는 형광 입자가 혼입된 백색 복사 냉각층을 포함하며, 상기 백색 복사 냉각층은 상기 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하면서, 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복사 냉각층은 요철 패턴을 포함하여 표면적이 넓어짐에 따라 중적외선 방사율을 증가시켜 복사 냉각 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중적외선을 방사할 수 있는 산화물, 질화물 또는 고분자 물질로 복사 냉각층을 형성함으로써, 중적외선 방사율을 증가시켜 복사 냉각 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 산화물 또는 질화물로 이루어진 미세 입자, 고분자 물질 또는 이들의 혼합물로 복사 냉각층을 형성하여 중적외선 방사율을 증가시키고 복사 냉각 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가시광선에 대하여 고굴절률 및 저굴절률인 소재로 이루어진 복사 냉각층을 형성하여, 가시광선 반사율을 극대화시켜 복사 냉각 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 백색 복사 냉각층에 가시광선을 반사 및 산란시키며 금속산화물 또는 고분자 물질을 포함하는 미세 입자를 더 포함하여, 복사 냉각 소자가 백색을 띠도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 입사 태양광을 모두 반사시켜 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고분자 매트릭스 및 고분자 물질을 포함하는 미세 입자를 포함하는 백색 복사 냉각층을 통하여 대량 생산이 용이하고 제조 비용이 저렴하며 다양한 물성을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예는 백색 복사 냉각층의 하면에 반사 증진층을 포함하여, 가시광선 반사율이 증진되어 냉각 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예는 형광 입자를 포함하는 백색 복사 냉각층을 통하여, 백색 복사 냉각 소자는 백색뿐만 아니라 다양한 색을 발현할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 구체적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 구체적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 대조예에 따른 제1 복사층 및 제2 복사층의 반복 적층 여부에 따른 흡수도를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 복사 냉각 소자의 흡수율 및 방사율을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2의 일사량에 따른 낮 시간 별 복사 냉각 소자의 온도를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3-1에 따른 복사 냉각 소자의 흡수율 및 방사율을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3-1 및 대조예 2의 일사량에 따른 낮 시간 별 복사 냉각 소자의 외부 온도를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 3-1, 실시예 3-2 및 대조예 2에 따른 밤 시간 별 복사 냉각 소자의 온도를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예 4-1, 실시예 4-2 및 대조예 3에 따른 복사 냉각 소자의 흡수도를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예 4-1 및 실시예 4-2에 따른 낮 시간 별 복사 냉각 소자의 온도 및 외부 온도를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예 4-1 및 실시예 4-2에 따른 밤 시간 별 복사 냉각 소자의 온도 및 외부 온도를 도시한 그래프이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 실시예 5에 따른 복사 냉각 소자의 단면을 도시한 SEM(scanning electron spectroscopy) 이미지이다.
도 15는 본 발명의 실시예 5에 따른 복사 냉각 소자의 DPHA 함유량에 따른 흡수도를 도시한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예 5의 일사량에 따른 관찰 기간 별 복사 냉각 소자의 온도를 도시한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예 6-1에 따른 복사 냉각 소자의 미세 입자의 함유량에 따른 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시예 6-2에 따른 복사 냉각 소자의 미세 입자 직경에 따른 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시예 5의 일사량에 따른 복사 냉각 소자의 미세 입자 함유량에 따른 온도를 도시한 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시예 7 및 대조예 4에 따른 요철 패턴 유무에 따른 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시예 8, 대조예 5-1 및 대조예 5-2의 복사 냉각 소자의 중적외선 방사율을 도시한 그래프이다.
도 22a 내지 도 22c는 본 발명의 실시예 8, 대조예 5-1 및 대조예 5-2의 복사 냉각 소자의 시간에 따른 온도 및 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 구체적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 24a 및 도 24b는 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 미세 입자의 함유량에 따른 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자를 포함하는 백색 복사 냉각 소자의 시간에 따른 온도를 도시한 그래프이다.
도 26a는 종래의 복사 냉각 소자의 모습을 도시한 이미지이며, 도 26b는 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 모습을 도시한 이미지이다.
도 27는 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각층에 포함된 고분자의 종류에 따른 백색 복사 냉각 소자의 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 28은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 물질의 미세 입자를 포함하는 백색 복사 냉각 소자의 시간에 따른 온도를 도시한 그래프이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
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.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 중적외선을 흡수하고 열로 방사하는 것으로, 대상 물체의 표면에 형성되어 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 하부에 존재하는 대상 물체의 온도가 외부 온도보다 낮도록 한다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 자동차의 표면에 형성되어 자동차 프레임의 온도를 외부 온도보다 낮도록 하거나, 자동차 내부의 온도를 외부 온도보다 낮도록 할 수 있다.
이때, 대상 물체는 복사 냉각 소자가 구비되는 대상으로, 자동차 또는 아파트, 상가, 사무실 건물과 같은 건축물이 대상 물체가 될 수 있으며, 또는 공/수냉식 칠러에 구비된 열 교환용 파이프가 될 수 있다.
상기 대상 물체는 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자가 구비될 수 있는 물체라면 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
이때, 외부 온도라 함은 대기 온도(ambient temperature)를 의미하는 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 외부에 해당하는 온도일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 구체적인 모습을 도시한 단면도이다.
먼저 도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)는 기판(110) 상에 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 반사층(120)과, 반사층(120) 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 복사 냉각층(130)을 포함한다.
일반적으로, 태양은 표면 온도가 약 6,000℃에 이르기 때문에 태양광은 자외선, 가시광선, 근적외선 영역과 같이 다양한 영역대의 파장을 가진다.
반사층(120)은 태양광 중 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역 대의 빛을 반사시켜 태양광에 의해 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)의 온도가 상승되지 않도록 한다.
즉, 반사층(120)은 태양광을 반사시켜 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)가 흡수하는 태양광을 최소화하고, 태양광을 최대한 반사시킬 수 있다.
반사층(120)은 태양광을 잘 반사할 수 있는 재질로 이루어질 수 있으며, 특히 가시광선 영역 대의 빛에 대하여 90% 이상의 반사율을 가지는 것이 바람직하다.
예를 들어, 반사층(120)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt)과 같은 금속 재질 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 반사층(120)은 3M 사의 Solar mirror film과 같이 시중에 판매되고 있는 태양광 반사 필름으로 형성될 수 있다.
실시예에 따라서, 반사층(120)은 고분자 물질 또는 무기질 소재로 이루어진 다층 박막으로 이루어질 수 있다.
상기 다층 박막은 서로 다른 굴절률을 가진 소재가 반복적으로 적층된 형태일 수 있다.
실시예에 따라서, 기판(110)은 유연 고분자 필름, 유리, 석영, 실리콘 웨이퍼, 금속 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 기판(110)은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)과 같은 폴리에스테르계 수지, 아세테이트계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리올레핀계 수지, (메트)아크릴계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지, 폴리스티렌계수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리알릴레이트계 수지, 폴리페닐렌설파이드계 수지 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
복사 냉각층(130)은 반사층(120) 상에 형성되어 중적외선을 흡수하고 열로 방사하여 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)가 구비된 대상 물체의 온도를 낮출 수 있다.
일반적으로, 지구 상에 있는 물체는 표면 온도가 수십 ℃에 이르기 때문에 8μm 내지 13μm 파장대의 중적외선을 방사한다.
이러한 중적외선 방사는 물체의 온도를 낮출 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)는 8μm 내지 13μm 파장대인 공지 대기 투명 구간(atmospheric window transmittance 혹은 sky window)의 중적외선을 잘 방사할 수 있는 재질로 이루어진 복사 냉각층(130)을 포함하여 상기 대상 물체의 온도가 외부 온도보다 낮도록 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각층(130)은 중적외선을 효율적으로 방사할 수 있는 재질로 이루어지는 것으로서, 단일 층 형상을 가질 수 있다.
실시예에 따라서, 복사 냉각층(130)은 중적외선을 효율적으로 방사할 수 있는 서로 다른 두 재질에 의해 2개의 박막이 적층된 것으로, 제1 복사층(131) 및 제2 복사층(132)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 복사층(131)은 반사층(120) 상에 박막으로 형성될 수 있으며, 실시예에 따라서 반사층(120) 상에 요철 패턴을 포함하도록 형성될 수 있다.
제1 복사층(131)은 요철 패턴을 포함함으로써 표면적이 넓어져 중적외선 방사율이 향상될 수 있다.
상기 요철 패턴은 복수 개의 원기둥, 각기둥, 라인(line) 형상의 요철 패턴일 수 있으며, 상기 형상에 제한되는 것은 아니다.
제2 복사층(132)은 제1 복사층(131) 상에 박막으로 형성될 수 있다.
실시예에 따라서, 제2 복사층(132)은 요철 패턴을 포함하는 제1 복사층(131) 상에 박막 형상으로 형성될 수 있다.
제2 복사층(132)은 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 제1 복사층(131)과 상이한 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있다.
즉, 제1 복사층(131)과 제2 복사층(132)을 이루는 물질이 서로 다른 굴절률을 가져, 포논-폴라리톤(phonon-polariton) 공명 효과에 의해 높은 중적외선 방사율을 가질 수 있다.
실시예에 따라서, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 제1 복사층(131)과 제2 복사층(132)의 굴절률의 차이는 0.7 내지 2일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 복사층(131) 및 제2 복사층(132)은 산화물, 질화물 또는 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 복사층(131) 및 제2 복사층(132)은 서로 다른 종류의 산화물, 질화물 또는 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 산화물은 실리카(SiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3) 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
상기 질화물은 질화규소(Si3N4)가 될 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 상기 고분자 물질은 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate)와 같은 아크릴계 고분자일 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 고분자는 C-O 스트레칭 진동(stretching vibration)을 가져 중적외선 영역의 파장에서 높은 방사율을 가진다.
특히, 상기 DPHA는 C-O 스트레칭 진동(stretching vibration)과 C=C= 벤딩 진동(bending vibration)으로 인해 중적외선 영역의 파장에서 높은 방사율을 가진다.
예를 들어, 제1 복사층(131)은 산화물인 실리카가 증착되어 형성된 층 형상이고, 제2 복사층(132)은 알루미나가 증착되어 형성된 층 형상일 수 있으며, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
또는, 제1 복사층(131)은 PDMS가 스핀 코팅되어 형성된 층 형상일 수 있고, 제2 복사층(132)은 질화규소가 증착되어 형성된 층 형상일 수 있으며, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 복사층(131) 및 제2 복사층(132)은 미세 입자와 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 제1 복사층(131) 또는 제2 복사층(132)은 상기 미세 입자와 상기 고분자 물질의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 혼합물 내에서 상기 미세 입자의 함량이 증가할수록 중적외선의 방사율이 증가할 수 있다.
상기 미세 입자는 상기 혼합물의 전체 중량 대비 1중량% 내지 20중량%로 상기 고분자 물질과 혼합될 수 있다.
상기 미세 입자의 함량이 20중량%를 초과할 경우 중적외선 방사율이 더 이상 증가하지 않는다.
상기 미세 입자는 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 실리카(SiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)는 복사 냉각층(130)에 포함된 상기 미세 입자의 크기가 작을수록 중적외선에 대하여 높은 방사율을 가질 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 미세 입자는 직경이 10nm 내지 20μm일 수 있다.
바람직하게는, 상기 미세 입자는 나노미터 단위의 크기를 가지는 것이 마이크로미터 단위의 크기의 미세 입자보다 높은 중적외선 방사율을 가질 수 있다.
일례로, 제1 복사층(131)은 상기 미세 입자와 상기 고분자 물질의 혼합물로 이루어지고, 제2 복사층(132)은 고분자 물질로만 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 복사층(131)은 미세 입자인 알루미나와 고분자 물질인 PDMS로 이루어지고, 제2 복사층(132)은 고분자 물질인 질화규소(Si-3N4)로 이루어질 수 있으며, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
또 다른 일례로, 제1 복사층(131)과 제2 복사층(132)은 상기 미세 입자와 상기 고분자 물질의 혼합물로 이루어지되, 제1 복사층(131)과 제2 복사층(132)을 이루는 미세 입자 및 고분자 물질의 종류가 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 제1 복사층(131)은 미세 입자인 실리카와 고분자 물질인 PDMS의 혼합물로 이루어지고, 제2 복사층(132)은 미세 입자인 알루미나와 고분자 물질인 DPHA로 이루어질 수 있으며, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
제1 복사층(131) 및 제2 복사층(132)의 두께는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
실시예에 따라서, 제1 복사층(131) 및 제2 복사층(132)은 각각 10nm 내지 2,000nm의 두께로 형성될 수 있다.
이때 제1 복사층(131)이 요철 패턴을 포함하는 경우, 반사층(120) 표면으로부터 요철 패턴의 철(凸) 부분의 최상단까지의 높이를 제1 복사층(131)의 두께로 설정할 수 있다.
실시예에 따라서, 복사 냉각층(130)은 제1 복사층(131), 제2 복사층(132) 및 제3 복사층(미도시)을 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 제1 복사층(131), 제2 복사층(132) 및 제3 복사층은 중적외선을 방사할 수 있으며 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)는 제1 복사층(131) 및 제2 복사층(132)이 반복적으로 형성된 복사 냉각층(130)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 복사 냉각층(130)은 반사층(120) 상에 제1 복사층(131)-제2 복사층(132)-제1 복사층(131)-제2 복사층(132) 순으로 반복 적층된 것일 수 있다.
실시예에 따라서, 복사 냉각층(130)은 도면에 도시되지 않았지만 반사층(120) 상에 제1 복사층(131)-제2 복사층(132)-제1 복사층(131)-제2 복사층(132)-제1 복사층(131)-제2 복사층(132)-제1 복사층(131)-제2 복사층(132)-... 순으로 반복 적층된 것일 수 있다.
예를 들어, 복사 냉각층(130)은 반사층(120) 상에 알루미나-질화실리콘-실리카 순으로 단일 층이 반복 적층된 형상일 수 있다.
다른 일례로, 복사 냉각층(130)은 PDMS-질화실리콘-실리카 순으로 단일 층이 반복 적층된 형상일 수 있다.
제1 복사층(131) 및 제2 복사층(132)에 대한 상세한 설명은 도 1a의 설명에서 다루었으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(100)는 자외선, 가시광선, 근적외선 파장대의 태양광을 반사시키는 반사층(120)과, 중적외선을 방사하는 물질로 이루어진 복사 냉각층(130)을 포함함으로써, 중적외선의 효율적인 방사에 따라 에너지 소모 없이 대상 물체에 대한 냉각 기능을 우수하게 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 구조 및 특징에 대해 설명하도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 구체적인 모습을 도시한 단면도이다.
먼저 도 2a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자(200)에서 복사 냉각층(230)은 반사층(220) 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 중적외선 흡수층(231)과, 중적외선 흡수층(231) 상에 형성되어 가시광선 영역의 태양광을 반사하는 코팅층을 포함할 수 있다.
중적외선 흡수층(231)은 반사층(220) 상에 형성되어 중적외선을 흡수하고 열로 방사하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자(200)의 온도를 낮출 수 있다.
중적외선 흡수층(231)은 중적외선을 효율적으로 방사할 수 있는 재질로 이루어지는 것으로서, 단일 층 형상을 가질 수 있다.
중적외선 흡수층(231)을 이루는 물질은 중적외선에 대하여 높은 방사율을 가지면서 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역대의 파장을 가지는 태양광에 대하여 투명할 수 있다.
실시예에 따라서, 중적외선 흡수층(231)은 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 고분자 물질은 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate)일 수 있다.
실시예에 따라서, 중적외선 흡수층(231)은 산화물, 질화물 및 고분자 물질 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 산화물은 실리카(SiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3) 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
상기 질화물은 질화규소(Si3N4)가 될 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 상기 고분자 물질은 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate)일 수 있다.
예를 들어, 중적외선 흡수층(231)은 산화물인 실리카가 증착되어 형성된 층 형상일 수 있으며, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
다른 일례로, 중적외선 흡수층(231)은 고분자 물질인 PDMS가 스핀 코팅되어 형성된 층 형상일 수 있으며, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 중적외선 흡수층(231)은 미세 입자 및 고분자 물질의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 미세 입자는 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 실리카(SiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자(200)는 복사 냉각층(230)에 포함된 상기 미세 입자의 크기가 작을수록 중적외선에 대하여 높은 방사율을 가질 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 미세 입자는 직경이 10nm 내지 20μm일 수 있다.
예를 들어, 중적외선 흡수층(231)은 PDMS 또는 DPHA로 이루어질 수 있으며, 이들의 혼합물이 스핀 코팅되어 형성된 단일 층일 수 있다.
또는, 중적외선 흡수층(231)은 미세 입자인 실리카와 고분자 물질인 PDMS의 혼합물이 스핀 코팅되어 형성된 단일 층일 수 있다.
코팅층은 가시광선 영역의 빛을 반사시키는 것으로서, 가시광선 영역의 빛을 효율적으로 반사시키기 위해 가시광선 영역의 빛에 대하여 고굴절률을 가지는 소재로 이루어진 층 형상일 수 있다.
이때, 고굴절률이라 함은 가시광선 영역의 빛에 대하여 1,5 이상의 굴절률을 가지는 것일 수 있다.
따라서, 코팅층은 가시광선 영역의 빛에 대하여 굴절률 1.5 이상의 물질로 이루어진 층 형상일 수 있다.
구체적으로, 코팅층은 가시광선 영역의 빛에 대하여 굴절률 1.6 내지 6의 물질로 이루어진 층 형상일 수 있다.
코팅층은 무결함 단결정 세라믹 재료로 이루어질 수 있으며, 가시광선 및 중적외선에 대하여 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 코팅층은 이트리아(Y2O3), 알론, 스피넬 구조의 Mg, Si, Ge, ZnS, ZnSe, NaCl, CaF2, KBr, PE, PS 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
코팅층은 가시광선 영역의 빛에 대하여 높은 굴절률을 가지는 소재로 이루어질 수 있으며, ZnS, Si, Ge 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 코팅층은 중적외선 흡수층(231) 보다 큰 굴절률을 가지는 소재로 이루어져, 가시광선 영역의 빛을 효율적으로 반사시킴에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자(200)의 열 흡수율이 낮아져 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따라서, 코팅층은 가시광선 영역의 빛에 대하여 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 다층 형상일 수 있다.
구체적으로, 코팅층은 중적외선 흡수층(231) 상에 형성되고, 가시광선 영역의 빛에 대하여 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 코팅층(232)과 제2 코팅층(233)을 포함할 수 있다.
제1 코팅층(232)은 중적외선 흡수층(231) 상에 형성되고, 가시광선 영역의 빛에 대하여 제2 코팅층(233)보다 큰 굴절률을 가지는 소재로 이루어진 층 형상일 수 있다.
제2 코팅층(233)은 제1 코팅층(232) 상에 형성되고, 가시광선 영역의 빛에 대하여 제1 코팅층(232)보다 작은 굴절률을 가지는 소재로 이루어진 층 형상일 수 있다.
구체적으로, 제1 코팅층(232)과 제2 코팅층(233)의 굴절률 차이는 0.7 내지 2일 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자(200)는 중적외선 흡수층(231) 상에 제2 코팅층(233)이 형성되고, 제2 코팅층(233) 상에 제1 코팅층(232)이 형성될 수 있다.
실시예에 따라서, 제1 코팅층(232)은 가시광선 영역에서 제2 코팅층(233)보다 큰 굴절률을 가지는 소재인 ZnS, Si, Ge 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층 형상일 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 제2 코팅층(233)은 가시광선 영역의 빛에 대하여 제1 코팅층(232)보다 작은 굴절률을 가지는 소재인 CaF2 및 SiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층 형상일 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
코팅층에 포함된 제1 코팅층(232)과 제2 코팅층(233)은 가시광선 영역의 빛에 대하여 서로 상이한 굴절률을 가져, 가시광선에 대하여 높은 반사율을 가질 수 있다.
제1 코팅층(232) 및 제2 코팅층(233)은 가시광선 영역의 빛에 대하여 높거나 낮은 굴절률을 가지는 소재로 이루어져 가시광선 영역의 빛의 반사를 극대화시키고 반사층(220)에 도달하는 가시광선 영역의 빛을 최소화할 수 있어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자(200)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 제1 코팅층과 제2 코팅층이 반복적으로 형성된 코팅층을 포함할 수 있다.
구체적으로, 코팅층은 중적외선 흡수층 상에 제1 코팅층-제2 코팅층-제1 코팅층-제2 코팅층-제1 코팅층-제2 코팅층-... 순으로 반복 적층되어 형성될 수 있다.
실시예에 따라서, 반복 적층된 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
제1 코팅층 및 제2 코팅층에 대한 설명은 도 2a의 설명에서 상세히 다루었으므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
코팅층은 반복 형성된 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함함으로써, 가시광선 영역의 빛에 대하여 높거나 낮은 굴절률을 가지는 제1 코팅층 및 제2 코팅층에 의해 가시광선의 반사를 극대화할 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 냉각 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 태양광의 95% 이상을 반사시키고 중적외선의 90% 이상을 방사할 수 있어, 에너지 소모 없이 대상 물체에 대한 냉각이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자를 제조하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은 상술한 복사 냉각 소자의 구성요소를 모두 포함하므로, 이하의 설명에서는 복사 냉각 소자의 구성요소에 대한 중복 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은 기판 상에 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 반사층을 형성하는 단계(S110)와, 상기 반사층 상에 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 복사 냉각층을 형성하는 단계(S120)를 포함한다.
상기 기판은 유연 고분자 필름, 유리, 석영, 실리콘 웨이퍼, 금속 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
상기 기판에 대한 설명은 도 1a의 설명에서 자세히 다루었으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
단계 S110은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt)과 같은 금속 재질을 기판 상에 증착하여 상기 반사층을 형성될 수 있다.
상기 반사층을 증착하는 방법은 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation), 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 등이 있으며, 상기 증착 방법에 제한되는 것은 아니다.
단계 S120은 중적외선을 방사하는 물질을 상기 반사층 상에 코팅하여 복사 냉각층을 형성할 수 있다.
실시예에 따라서, 단계 S120은 중적외선을 방사하는 서로 다른 물질을 이용하여 상기 반사층 상에 제1 복사층 및 제2 복사층을 포함하는 다층 형상의 복사 냉각층을 형성할 수 있다.
즉, 단계 S120은 상기 반사층 상에 산화물, 질화물 또는 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 이용하여 층 형상의 제1 복사층 및 제2 복사층을 형성할 수 있다.
상기 제1 복사층 및 제2 복사층이 산화물 또는 질화물을 포함하는 경우에는 증착 방법을 이용하여 제1 복사층 또는 제2 복사층을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 복사층은 산화물인 실리카가 증착되어 형성된 층 형상이고, 제2 복사층은 알루미나가 증착되어 형성된 층 형상일 수 있다.
상기 증착 방법은 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation), 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 등이 있으며, 상기 증착 방법에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 복사층 및 제2 복사층이 고분자 물질을 포함하는 경우에는 코팅 방법을 이용하여 상기 제1 복사층 및 제2 복사층을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 복사층은 PDMS가 스핀 코팅되어 형성된 층 형상일 수 있고, 제2 복사층은 질화물인 질화규소가 증착되어 형성된 층 형상일 수 있다.
상기 코팅 방법은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 중 어느 하나가 될 수 있으며, 상기 방법에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 상기 제1 복사층 및 제2 복사층은 미세 입자와 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일례로, 제1 복사층은 상기 미세 입자와 상기 고분자 물질의 혼합물로 이루어지고, 제2 복사층은 고분자 물질로만 이루어질 수 있다.
상기 제1 복사층 및 제2 복사층이 상기 미세 입자와 상기 고분자 물질의 혼합물을 포함하는 경우에는 코팅 방법을 이용하여 상기 제1 복사층 및 제2 복사층을 형성할 수 있다.
상기 코팅 방법은 스핀코팅(spin coating)이 될 수 있으나, 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 중 어느 하나가 될 수 있으며, 상기 방법에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 상기 제1 복사층은 요철 패턴을 포함하여 넓은 표면적을 가질 수 있어 중적외선 방사율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 단계 S120은 상기 반사층 상에 요철 패턴을 포함하는 제1 복사층을 형성하는 단계(S121) 및 상기 제1 복사층 상에 상기 제1 복사층과 상이한 굴절률을 가지는 제2 복사층을 형성하는 단계(S122)를 포함할 수 있다.
단계 S121은 상기 산화물, 질화물 또는 이들 중 어느 하나로 이루어진 미세 입자와 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 반사층 상에 요철 패턴을 포함하는 제1 복사층을 형성할 수 있다.
단계 S121은 상기 요철 패턴과 대응되는 패턴을 가지는 스탬프를 이용하여 광학 기반의 리소그래피(lithography) 공정 또는 비광학 기반의 리소그래피 공정을 통해 상기 반사층 상에 요철 패턴을 포함하는 제1 복사층을 형성할 수 있다.
상기 광학 기반의 리소그래피 공정은 포토리소그래피(Photolithogrpahy), 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 공정에 제한되는 것은 아니다.
상기 비광학 기반의 리소그래피 공정은 나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography), 나노트랜스퍼 프린팅(Nanotransfer printing), 롤임프린트 리소그래피(Roll imprint lithography) 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 공정에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 단계 S121은 상기 산화물, 질화물 또는 이들 중 어느 하나로 이루어진 미세 입자와 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 코팅한 후 Top-down 방식으로 깎아내어 요철 패턴을 형성할 수 있다.
상기 요철 패턴은 복수 개의 원기둥, 각기둥, 라인(line) 형상의 요철 패턴일 수 있으며, 상기 형상에 제한되는 것은 아니다.
단계 S122는 요철 패턴을 포함하는 상기 제1 복사층 상에 상기 제1 복사층과 다른 굴절률을 가지는 물질을 이용하여 제2 복사층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 단계 S122는 상기 제1 복사층과 다른 굴절률을 가지는 물질을 제1 복사층 상에 스핀 코팅하여 상기 제2 복사층을 형성할 수 있다.
단계 S122는 상기 스핀 코팅 시간에 따라 상기 제2 복사층의 두께를 조절할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 스핀 코팅은 30초 내지 40초 동안 수행될 수 있다.
이때, 스핀 코팅이 40초 이상 수행되어도 제2 복사층의 두께가 더 이상 증가하지 않는다
실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은 단계 S121 및 단계 S122를 반복적으로 수행하여 상기 제1 복사층 및 제2 복사층이 반복적으로 형성된 복사 냉각층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 반사층 상에 층 형상으로 이루어지거나 요철 패턴을 포함하는 상기 제1 복사층을 형성하고, 상기 제1 복사층 상에 층 형상의 상기 제2 복사층을 형성한 후, 상기 제2 복사층 상에 다시 층 형상으로 이루어지거나 요철 패턴을 포함하는 상기 제1 복사층을 형성한 다음 제2 복사층을 반복적으로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은 적은 층을 가지는 단순한 구조의 복사 냉각 소자를 단순한 공정을 통해 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 의해 제조된 복사 냉각 소자는 복사 냉각층에 포함된 요철 패턴에 의해 표면적이 넓어져 중적외선 방사 효율이 향상됨에 따라 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은 상술한 도 2a 및 도 2b에서 설명한 복사 냉각 소자의 구성요소를 포함하므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은 기판 상에 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 반사층을 형성하는 단계(S210), 상기 반사층 상에 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 중적외선 흡수층을 형성하는 단계(S220) 및 상기 중적외선 흡수층 상에 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 코팅층을 형성하는 단계(S230)를 포함한다.
단계 S210은 도 3에 기재한 단계 S110과 동일한 구성요소를 포함하므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
단계 S220 및 단계 S230은 층 형상의 중적외선 흡수층 상에 코팅층을 형성하여, 중적외선 흡수층 및 코팅층을 포함하는 복사 냉각층을 형성할 수 있다.
먼저, 단계 S220은 상기 반사층 상에 중적외선을 방사할 수 있는 물질을 이용하여 상기 중적외선 흡수층을 형성할 수 있다.
상기 중적외선 흡수층은 산화물, 질화물 또는 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 단일 층 형상일 수 있다.
상기 중적외선 흡수층이 산화물 또는 질화물을 포함하는 경우에는 증착 방법을 이용하여 상기 중적외선 흡수층을 형성할 수 있다.
상기 증착 방법은 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation), 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 등이 있으며, 상기 증착 방법에 제한되는 것은 아니다.
상기 중적외선 흡수층이 고분자 물질을 포함하는 경우에는 코팅 방법을 이용하여 상기 중적외선 흡수층을 형성할 수 있다.
상기 코팅 방법은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 등이 있다.
단계 S230은 가시광선 영역의 빛을 반사시키면서 가시광선 영역의 빛을 효율적으로 반사시키기 위해 가시광선 영역의 빛에 대하여 고굴절률을 가지는 소재로 이루어진 층 형상의 코팅층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 단계 S230은 상기 중적외선 흡수층 상에 가시광선 영역의 빛을 효율적으로 반사시키기 위해 가시광선 영역의 빛에 대하여 고굴절률을 가지는 소재를 증착하거나 코팅하여 상기 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 증착 방법은 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation), 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 등이 있으며, 상기 증착 방법에 제한되는 것은 아니다.
상기 코팅 방법은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 등이 있으며, 상기 코팅 방법에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 코팅층은 가시광선 영역의 빛에 대하여 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 다층 형상일 수 있다.
구체적으로, 단계 S230은 상기 중적외선 흡수층 상에 가시광선 영역의 빛에 대하여 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 코팅층은 상기 중적외선 흡수층 상에 형성되고, 상기가시광선 영역의 빛에 대하여 상기 제2 코팅층보다 큰 굴절률을 가지는 물질을 도포하여 형성될 수 있다.
상기 제2 코팅층은 상기 제1 코팅층 상에 형성되고, 상기 가시광선 영역의 빛에 대하여 상기 제1 코팅층보다 작은 굴절률을 가지는 물질을 도포하여 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층은 증착 공정 또는 코팅 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 증착 방법 및 코팅 방법의 예시는 앞서 설명하였으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
실시예에 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 반복적으로 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법은 단순한 공정을 통해 냉각 효율이 우수한 복사 냉각 소자를 쉽게 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자의 제조방법에 의해 제조된 복사 냉각 소자는 종래의 복사 냉각 소자보다 적은 층을 가지는 단순한 구조를 가지면서도 높은 중적외선 방사율에 의해 우수한 냉각 효율을 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 두 가지 실시예에 따른 복사 냉각 소자를 실시예에 따라 제조하여 특성 평가를 통해 본 발명의 복사 냉각 소자의 특성 및 효과를 입증하였다.
실시예 및 대조예
[실시예 1-1]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하였다.
반사층 상에 실리카를 스핀 코팅한 후 나노 임프린팅 공정을 이용하여 요철 패턴을 가지는 제1 복사층을 형성한 후, 제1 복사층 상에 알루미나를 스핀 코팅하여 층 형상의 제2 복사층을 형성하여 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 1-2]
제2 복사층 상에 실리카를 스핀 코팅한 후 나노 임프린팅 공정을 이용하여 요철 패턴을 가지는 제1 복사층을 형성한 후, 제1 복사층 상에 알루미나를 스핀 코팅하여 층 형상의 제2 복사층을 각각 한 번 더 형성한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 2]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하였다.
반사층 상에 알루미나를 증착하여 제1 복사층을 형성하고, 제1 복사층 상에 질화규소(Si3N4)를 증착하여 제2 복사층을 형성한 후, 제2 복사층 상에 실리카를 증착하여 제3 복사층을 형성하여 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 3-1]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하였다.
반사층 상에 PDMS를 스핀 코팅하여 제1 복사층을 형성하고, 제1 복사층 상에 실리카를 증착하여 제2 복사층을 형성한 후, 제2 복사층 상에 질화규소를 증착하여 제3 복사층을 형성하여 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 3-2]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하였다.
반사층 상에 PDMS를 스핀 코팅하여 제1 복사층을 형성한 후, 제1 복사층 상에 실리카를 증착하여 제2 복사층을 형성하여 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 4]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하였다.
PDMS에 직경 10μm의 실리카 미세 입자를 10중량%로 첨가하여 혼합물을 제조하였다.
반사층 상에 혼합물을 스핀 코팅하여 단일 층의 복사 냉각층을 형성함으로써 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 4-1]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하였다.
반사층 상에 PDMS를 스핀 코팅하여 단일 층의 복사 냉각층을 형성함으로써 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 5]
세 개의 유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 각각 형성하였다.
세 개의 반사층 상에 DPHA 60중량%, 80중량% 및 90중량%를 각각 포함하는 세 가지 용액을 스핀 코팅하여 단일 층의 복사 냉각층을 형성함으로써 세 개의 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 6-1]
세 개의 유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 각각 형성하였다.
DPHA에 직경 20nm의 알루미나 미세 입자를 각각 1.9중량%, 3.8중량% 및 7.7중량%로 첨가하여 세 가지 혼합물을 제조하였다.
세 개의 반사층 상에 세 가지 혼합물을 각각 스핀 코팅하여 단일 층의 복사 냉각층을 형성함으로써 세 개의 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 6-2]
세 개의 유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 각각 형성하였다.
DPHA에 직경 20nm, 1μm 및 3μm의 알루미나 미세 입자를 각각 첨가하여 세 가지 혼합물을 제조하였다.
세 개의 반사층 상에 세 가지 혼합물을 각각 스핀 코팅하여 단일 층의 복사 냉각층을 형성함으로써 세 개의 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 7]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 100nm로 형성하였다.
반사층 상에 실리카 미세 입자를 스핀 코팅하여 제2 복사층을 130nm로 형성하였다.
제2 복사층 상에 지르코늄 산화물로 이루어진 미세 입자를 도포한 후 나노임프린팅 공정을 통해 요철 패턴이 형성된 제1 복사층을 형성하였다.
이때, 제1 복사층의 요철 패턴의 폭은 24μm이고, 높이는 10.2μm이다.
[실시예 8]
실리콘 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 각각 형성하였다.
반사층 상에 ZrO2를 증착하여 제1 코팅층을 형성하고, 제1 코팅층 상에 SiO2를 증착하여 제2 코팅층을 형성함으로써 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 1-1]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하였다.
반사층 상에 실리카(SiO2)를 증착하여 층 형상의 제1 복사층을 형성한 후, 제1 복사층 상에 알루미나(Al2O3)를 증착하여 층 형상의 제2 복사층을 형성하여 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 1-2]
제2 복사층 상에 실리카를 증착하여 층 형상의 제1 복사층을 형성하고, 알루미나를 증착하여 층 형상의 제2 복사층을 각각 추가로 형성한 것을 제외하고는, 상기 [대조예 1-1]과 동일한 방법으로 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 2]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하여 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 3]
유리 기판.
[대조예 4]
제2 복사층 상에 지르코늄 산화물을 7.33μm의 두께로 도포하여 제1 복사층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 5-1]
실리콘 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성하여 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 5-2]
실리콘 기판.
특성 평가
1. 요철 패턴 유무에 따른 복사 냉각 소자의 방사율
도 5는 본 발명의 실시예 및 대조예에 따른 제1 복사층 및 제2 복사층의 반복 적층 여부에 따른 흡수도를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 중적외선 영역대(도 5의 노란색 영역)의 파장을 가지는 빛에 대하여 상기 실시예 1-1(1 pair of Al2O3/PSS layer)의 흡수율이 상기 대조예 1-1(1 pair of Al2O3/SiO2 layer)의 흡수율보다 높은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 요철 패턴을 가지는 상기 실시예 1-1이 요철 패턴이 없는 상기 대조예 1-1보다 중적외선을 더 방사하는 것을 알 수 있다.
또한, 중적외선 영역에서 상기 실시예 1-2(periodic Al2O3/PSS layer)의 흡수율이 상기 대조예 1-2(periodic Al2O3/SiO2 layer)의 흡수율보다 더 높은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 요철 패턴을 가지는 상기 실시예 1-2가 요철 패턴이 없는 상기 대조예 1-2보다 중적외선을 더 방사하는 것을 알 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 요철 패턴을 포함함으로써 중적외선 방사 효율을 높일 수 있다.
2. 물질의 종류에 따른 복사 냉각 소자의 냉각 효율 평가
상기 실시예 2의 복사 냉각 소자에 대한 냉각 효율과 시뮬레이션을 통한 냉각 효율을 비교하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 복사 냉각 소자의 흡수율 및 방사율을 도시한 그래프이다.
이때, 도 6의 노란색 영역은 입사하는 태양광을 의미한다.
도 6을 참조하면, 시뮬레이션 결과 -8.18℃의 온도 변화량, 81.8W/m2의 냉각 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이때, 온도 변화량은 복사 냉각 소자의 초기 온도에서 냉각 후 온도의 변화량을 의미하는 것으로, 온도 변화량이 -8.18℃라는 것은 복사 냉각 소자의 온도가 초기 온도에 비해서 8.18℃ 낮아진 것을 의미한다.
또한, 평균 태양광 흡수율 및 중적외선 영역(도 6의 파란색 영역)에 대하여 시뮬레이션(Simulation)과 상기 실시예 2(Fabrication)의 방사율에 큰 차이가 나지 않는 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 실시예 2는 시뮬레이션 결과에 잘 부합하게 제조된 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예 2의 일사량에 따른 낮 시간 별 복사 냉각 소자의 온도를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상기 실시예 2에 대하여 2019년 5월 9일 자정부터 2019년 5월 11일 자정까지 3일 간의 복사 냉각 소자의 온도를 측정하였다.
그 결과, 상기 실시예 2는 태양광 세기에 따라 온도가 상승 및 하강하는 추세를 보이지만, 낮에는 최대 -8℃의 온도 변화량을 가졌으며 밤에는 -2℃의 온도 변화량을 가진 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예 3-1에 따른 복사 냉각 소자의 흡수율 및 방사율을 도시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 시뮬레이션 결과 실시예 3-1의 복사 냉각 소자는 -9.132℃의 온도 변화량과 80.44W/m2의 냉각 효율을 가질 것으로 예측되었다.
상기 실시예 3-1에 대하여 실제 흡수율을 측정한 결과 태양광 영역에서는 최소 방출율을 가져 최대 반사율을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 중적외선 영역(도 8의 파란색 영역)에 대하여 최대 방출율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예 3-1 및 대조예 2의 일사량에 따른 낮 시간 별 복사 냉각 소자의 외부 온도를 도시한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 2019년 4월 13일 낮(오전 10시~오후 4시)에 상기 실시예 3-1 및 대조예 2의 온도를 관찰한 결과, 대기 온도(Ambient T) 대비 상기 대조예 2의 온도 변화량은 -3℃이고 상기 실시예 3-1의 온도 변화량은 -5.95℃인 것을 확인할 수 있다.
이때, 외부 온도(Outside T)는 공기에 의한 열 손실에 의해 상기 실시예 3-1 및 대조예 2에 비해 낮은 온도를 가지게 된 것이다.
따라서, 본 발명의 복사 냉각 소자는 중적외선을 방사할 수 있는 물질로 이루어진 복사 냉각층에 의해 우수한 냉각 효율을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예 3-1, 실시예 3-2 및 대조예 2에 따른 밤 시간 별 복사 냉각 소자의 온도를 도시한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 2019년 4월 13일 밤(오후10시~오전 4시)에 상기 실시예 3-1, 실시예 3-2, 대조예 2의 온도를 관찰한 결과, 대기 온도(Ambient T) 대비 상기 대조예 2의 온도 변화량은 -0.5℃이고 상기 실시예 3-1 및 실시예 3-2의 온도 변화량은 -2.5℃인 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예 4-1, 실시예 4-2 및 대조예 3에 따른 복사 냉각 소자의 흡수도를 도시한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 상기 실시예 4-1 및 실시예 4-2는 상기 대조예 3에 비해 중적외선 영역대에서 높은 방사율을 보인 것을 확인할 수 있다.
특히, 상기 실시예 4-1은 가시광선 영역의 빛을 거의 흡수하지 않았으며 장파장 영역에서 높은 흡수율을 보인 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 상기 실시예 4-1의 온도 변화량은 -9.5℃이며, 냉각 효율은 99.16W/m2이다.
도 12는 본 발명의 실시예 4-1, 실시예 4-2 및 대조예 3에 따른 낮 시간 별 복사 냉각 소자의 온도 및 외부 온도를 도시한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 2019년 4월 25일 오전 10시 39분부터 오후 3시 39분까지 5시간 동안 상기 실시예 4-1, 실시예 4-2의 온도를 측정한 결과 대기 온도(Ambient)에 비하여 낮은 온도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
특히, 상기 실시예 4-1은 최대 -8℃의 온도 변화량을 가진 것을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예 4-1 및 실시예 4-2에 따른 밤 시간 별 복사 냉각 소자의 온도 및 외부 온도를 도시한 그래프이다.
도 13을 참조하면, 2019년 4월 25일 오후 10시 49분부터 오전 3시 49분까지 5시간 동안 상기 실시예 4-1, 실시예 4-2의 온도를 측정한 결과 대기 온도(Ambient)에 비하여 복사 냉각 소자의 온도가 낮아진 것을 확인할 수 있다.
특히, 실시예 4-1의 온도 변화량은 최대 -3℃인 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 복사 냉각 소자는 중적외선을 방사할 수 있는 미세 입자 또는 고분자 물질로 형성된 복사 냉각층을 포함함으로써 낮과 밤에도 우수한 냉각 효율을 가질 수 있다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 실시예 5에 따른 복사 냉각 소자의 단면을 도시한 SEM(scanning electron spectroscopy) 이미지이다.
도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 상기 실시예 5의 복사 냉각층에 포함된 DPHA의 함유량이 각각 60중량%, 80중량% 및 90중량%일 때 복사 냉각층의 두께는 각각 10.5μm, 16.5μm, 25.7μm로, DPHA의 함유량이 증가할수록 복사 냉각층의 두께가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이는 반사층 상에 스핀 코팅되는 DPHA의 함유량이 높을수록 점도가 높아져서 동일한 스핀 코팅 조건에도 불구하고 복사 냉각층의 두께가 두꺼워지기 때문이다.
도 15는 본 발명의 실시예 5에 따른 복사 냉각 소자의 DPHA 함유량에 따른 흡수도를 도시한 그래프이다.
도 15를 참조하면, 상기 실시예 5의 복사 냉각층에 포함된 DPHA의 함유량이 증가할수록 10μm 내지 12μm 영역의 파장에 대하여 높은 방사율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 복사 냉각층에 DPHA 함유량이 높을수록 중적외선 영역 대에서 중적외선 방사율이 커서 복사 냉각 소자의 냉각 효율이 향상될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예 5의 일사량에 따른 관찰 기간 별 복사 냉각 소자의 온도를 도시한 그래프이다.
도 16을 참조하면, 2019년 4월 28일부터 2019년 4월 30일까지 3일 동안 상기 실시예 5의 온도를 측정한 결과, 상기 실시예 5의 DPHA 함유량이 높을수록 중적외선 방사율이 커서 온도 변화량이 큰 것을 확인할 수 있다.
특히, 상기 실시예 5에서 DPHA 함유량이 90중량%인 경우 -10.1℃의 온도 변화량을 가지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 복사 냉각 소자는 분자의 화학 결합으로 인한 공명 효과를 가지는 고분자 물질로 이루어진 복사 냉각층을 포함함으로써, 높은 중적외선 방사율에 의해 우수한 복사 냉각 효율을 가질 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예 6-1에 따른 복사 냉각 소자의 미세 입자의 함유량에 따른 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 17을 참조하면, 상기 실시예 6-1의 알루미나 미세 입자 함유량이 증가할수록 중적외선 영역에서 방사율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예 6-2에 따른 복사 냉각 소자의 미세 입자 직경에 따른 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 18을 참조하면, 상기 실시예 6-2의 알루미나 미세 입자의 직경이 증가할수록 중적외선 영역에서 방사율이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 우수한 냉각 효율을 가지기 위해서 나노미터 단위의 미세 입자를 높은 함량으로 함유하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예 5의 일사량에 따른 복사 냉각 소자의 미세 입자 함유량에 따른 온도를 도시한 그래프이다.
도 19를 참조하면, 2019년 5월 28일부터 2019년 5월 30일까지 상기 실시예 6-1의 온도를 측정한 결과, 알루미나 미세 입자의 함유량이 증가할수록 중적외선 방사율이 증가하여 냉각 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
특히, 알루미나 미세 입자의 함유량이 7.7중량%인 경우 상기 실시예 6-1의 온도 변화량은 최대 -11.9℃인 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 중적외선을 방사할 수 있는 미세 입자를 포함함으로써, 중적외선 방사율이 증가됨에 따라 우수한 복사 냉각 효율을 가질 수 있다.
3. 요철 패턴 유무에 따른 복사 냉각 소자 효율 평가
도 20은 본 발명의 실시예 7 및 대조예 4에 따른 요철 패턴 유무에 따른 흡수율을 도시한 그래프이다.
이때, 상기 실시예 7 및 대조예 4의 제1 복사층은 같은 부피의 산화물 반도체로 이루어진다.
도 20을 참조하면, 상기 실시예 7(Patterm)의 경우 중적외선 영역인 붉은색 영역에서 상기 대조예 4(Thin film)보다 대체적으로 흡수율이 높은 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 실시예 7의 제1 복사층은 요철 패턴을 포함하므로 특정 파장에서 전기장(Electric field)과 자기장(Magnetic field)의 공진에 의해 중적외선 흡수가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 상기 요철 패턴을 마이크로 사이즈로 형성하는 경우 중적외선 영역의 파장에서 선택적으로 중적외선 흡수율을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 중적외선에 대하여 복사가 잘 일어나 우수한 냉각 효과를 가질 수 있다.
4. 상이한 굴절률을 가지는 코팅층 유무에 따른 복사 냉각 소자 효율 평가
도 21은 본 발명의 실시예 8, 대조예 5-1 및 대조예 5-2의 복사 냉각 소자의 중적외선 방사율을 도시한 그래프이다.
도 21을 참조하면, 상기 실시예 8(R.C(Radiative cooling)/Ag/Si)은 상기 대조예 5-1(Ag/Si) 및 상기 대조예 5-2(Si)에 비해 중적외선 영역인 8~13μm 파장대에서 방사율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 22a 내지 도 22c는 본 발명의 실시예 8, 대조예 5-1 및 대조예 5-2의 복사 냉각 소자의 시간에 따른 온도 및 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 22a는 하루 동안 상기 실시예 8, 대조예 5-1 및 대조예 5-2의 복사 냉각 소자의 온도 및 온도 변화량을 관찰한 결과이고, 도 22b는 낮 시간(10:00~18:00) 동안 상기 실시예 8, 대조예 5-1 및 대조예 5-2의 복사 냉각 소자의 온도 및 온도 변화량을 관찰한 결과이며, 도 22c는 밤 시간(22:00~06:00) 동안 상기 실시예 8, 대조예 5-1 및 대조예 5-2의 복사 냉각 소자의 온도 및 온도 변화량을 관찰한 결과이다.
먼저 도 22a를 참조하면, 상기 실시예 8(R.C/Ag/Si)은 상기 대조예 5-1(Ag/Si) 및 상기 대조예 5-2(Si)에 비해 낮은 온도를 가지는 것을 확인할 수 있으며, 외부 온도(Ambient) 온도보다 낮은 온도를 가지는 것으로 보아 우수한 냉각 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 22b 및 도 22c를 참조하면, 상기 실시예 8(R.C/Ag/Si)은 상기 대조예 5-1(Ag/Si) 및 상기 대조예 5-2(Si)에 비해 낮 시간 및 밤 시간 모두 낮은 온도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
특히, 상기 실시예 8(R.C/Ag/Si)의 온도 변화량은 상기 대조예 5-1(Ag/Si) 및 상기 대조예 5-2(Si)에 비해 높은 것으로 보아 우수한 냉각 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 냉각 소자는 서로 상이한 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 코팅층을 포함함으로써, 우수한 냉각 효과를 가지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자는 중적외선을 흡수하고 열로 방사함과 동시에 가시광선을 반사 또는 산란시키는 것으로, 대상 물체의 표면에 형성되어 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 하부에 존재하는 대상 물체의 온도가 외부 온도보다 낮도록 한다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자는 자동차의 표면에 구비되어 중적외선을 방사하고 가시광선을 반사 또는 산란시킴에 따라 백색 복사 냉각 소자의 온도가 감소하면서 자동차 프레임의 온도를 외부 온도보다 낮도록 하거나, 자동차 내부의 온도를 외부 온도보다 낮도록 할 수 있다.
이때, 대상 물체는 백색 복사 냉각 소자가 구비되는 대상으로, 자동차 또는 아파트, 상가, 사무실 건물과 같은 건축물이 대상 물체가 될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자가 구비될 수 있는 물체라면 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
이때, 외부 온도라 함은 대기 온도를 의미하는 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 외측에 해당하는 온도일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자는 미세 입자를 포함하거나, 서로 다른 굴절률을 가지는 고분자 물질을 포함하여, 가시광선 영역의 파장을 가지는 태양광을 반사 및 산란시켜 백색을 띨 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 구성을 설명하면 아래와 같다.
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 구체적인 모습을 도시한 단면도이다.
먼저 도 23a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(100)는 기판(110)과, 기판(110) 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 고분자 매트릭스(121) 내에 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 미세 입자(122)가 혼입된 백색 복사 냉각층(120)을 포함한다.
기판(110)은 유연 고분자 필름, 유리, 석영, 실리콘 웨이퍼, 금속 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 기판(110)은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)과 같은 폴리에스테르계 수지, 아세테이트계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리올레핀계 수지, (메트)아크릴계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지, 폴리스티렌계수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리알릴레이트계 수지, 폴리페닐렌설파이드계 수지 중 어느 하나의 물질로 이루어진 고분자 필름일 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
백색 복사 냉각층(120)은 기판(110) 상에 형성되어 중적외선 또는 장파장 적외선을 흡수하고 열로 방사하는 고분자 매트릭스(121)에 가시광선을 반사 및 산란시키는 미세 입자(122)가 혼입되어, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(100)를 통하여 대상 물체의 온도를 외부 온도보다 낮출 수 있다.
일반적으로, 지구 상에 있는 물체는 표면 온도가 수십 ℃에 이르기 때문에 8μm 내지 13μm 파장대의 중적외선을 방사한다.
이러한 중적외선 방사는 물체의 온도를 낮출 수 있는데, 백색 복사 냉각층(120)은 8μm 내지 13μm 파장대인 공지 대기 투명 구간(atmospheric window transmittance 혹은 sky window)의 중적외선을 잘 방사할 수 있는 재질로 이루어진 고분자 매트릭스(121)를 포함하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(100)의 온도가 낮아짐에 따라 상기 대상 물체의 온도가 외부 온도보다 낮도록 유지할 수 있다.
고분자 매트릭스(121)는 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사할 수 있다.
실시예에 따라서 고분자 매트릭스(121)는 아크릴계 고분자를 포함할 수 있다.
상기 아크릴계 고분자는 C-O 스트레칭 진동(stretching vibration)을 가져 중적외선 영역의 파장에서 높은 방사율을 가진다.
예를 들어, 고분자 매트릭스(121)는 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethyl methacrylate) 및 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
특히, 상기 DPHA는 C-O 스트레칭 진동(stretching vibration)과 C=C= 벤딩 진동(bending vibration)으로 인해 중적외선 영역의 파장에서 높은 방사율을 가진다.
실시예에 따라서, 고분자 매트릭스(121)는 PVDF(polyvinylidene fluoride) 또는 PUA(polyurethane acrylate)로 이루어질 수 있다.
백색 복사 냉각층(120)은 고분자 매트릭스(121)에 금속산화물 또는 고분자 물질을 포함하는 미세 입자(122)가 혼입된 형태일 수 있다.
상기 금속산화물을 포함하는 미세 입자(122)는 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시킬 수 있으며, 미세 입자(122)를 통한 가시광선의 반사 및 산란에 의해 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(100)는 백색으로 보일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(100)는 가시광선을 흡수하지 않는 금속산화물을 포함하는 미세 입자(122)가 가시광선을 다양한 방향으로 반사(diffusive reflection)시켜, 기존의 복사 냉각 소자와 같이 거울과 같은 외관을 가지지 않고 백색을 띨 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(100)는 미세 입자(122)가 고분자 물질을 포함하는 경우, 고분자 매트릭스(121)와 고분자 물질을 포함하는 미세 입자(122)는 서로 상이한 굴절률을 가질 수 있으며, 서로 상이한 굴절률에 의해 가시광선에 대한 산란 또는 반사가 증진될 수 있다.
고분자 매트릭스(121)와 미세 입자(122)은 실시예에 따라서, 1,4 내지 1.7의 굴절률을 가지는 물질로 이루어질 수 있으며, 굴절률의 차이가 클수록 가시광선에 대한 산란 또는 반사가 더욱 증진될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 고분자 물질은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 및 PUA(polyurethane acrylate) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
예를 들어, 백색 복사 냉각층(120)은 PVDF(굴절률 약 1.426)로 이루어진 고분자 매트릭스(121) 내에 PUA(굴절률 약 1.55)를 포함하는 미세 입자(122)가 혼입된 형상일 수 있다.
또 다른 예로, 백색 복사 냉각층(120)은 PUA로 이루어진 고분자 매트릭스(121) 내에 PVDF를 포함하는 미세 입자(122)가 혼입된 형상일 수 있다.
고분자 매트릭스(121)와 고분자 물질을 포함하는 미세 입자(122)가 서로 상이한 굴절률을 가지면, 미세 입자(122)와 고분자 매트릭스(121)의 계면에 가시광선 입사 시 가시광선의 산란 및 반사가 가능하여 에너지 소모 없이 우수한 냉각 성능을 가질 수 있다.
실시예에 따라서, 미세 입자(122)는 고분자 매트릭스(121) 전체 중량 대비 1중량% 내지 50중량%로 고분자 매트릭스(121) 내에 혼입될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 금속산화물은 이산화티타늄(TiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 어느 하나일 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
미세 입자(122)는 직경이 작을수록 가시광선에 대하여 높은 반사율 및 높은 산란율을 가질 수 있다.
실시예에 따라서, 미세 입자(122)의 직경은 10nm 내지 20μm일 수 있다.
미세 입자(122)의 직경이 나노미터 단위로 작을 경우 태양광 빛을 전부 반사 혹은 산란시킬 수 있다.
미세 입자(122)의 직경이 3μm 이상으로 클 경우 장파장 영역의 흡수량이 증가하여 열 방출이 향상될 수 있다.
바람직하게는, 미세 입자(122)는 나노미터 단위의 크기를 가지는 것이 마이크로미터 단위의 크기의 미세 입자(122)보다 높은 가시광선 반사율(또는 산란율)을 가질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(100)는 중적외선 또는 장파장 적외선을 우수하게 방사하는 고분자 매트릭스(121)에 가시광선을 반사 및 산란시키는 미세 입자(122)를 포함하는 백색 복사 냉각층(120)에 의해 우수한 냉각 성능을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(100)는 가시광선을 반사 및 산란시키는 미세 입자(122)에 의해 백색을 띠어, 심미성이 향상될 수 있다.
도 23b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(200)는 백색 복사 냉각층(220)의 하면에 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 추가 반사시키는 반사 증진층(230)을 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(200)는 기판(210), 반사 증진층(230), 고분자 매트릭스(221)에 혼입된 미세 입자(222)를 포함하는 백색 복사 냉각층(220)을 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(200)는 제1 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(200)의 구성 요소를 포함하므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
반사 증진층(230)은 태양광 중 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역 대의 빛을 추가로 반사시켜, 태양광에 의해 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(200)의 온도 상승을 저지시킬 수 있다.
반사 증진층(230)은 태양광을 잘 반사할 수 있는 재질로 이루어질 수 있으며, 특히 가시광선 영역 대의 빛에 대하여 90% 이상의 반사율을 가지는 것이 바람직하다.
반사 증진층(230)은 금속 물질이 기판(210) 상에 증착된 층일 수 있다.
실시예에 따라서, 반사 증진층(230)은 금속 물질을 기판(210) 상에 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation), 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 증착되어 형성될 수 있다.
반사 증진층(230)은 실시예에 따라서 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt)과 같은 금속 재질 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 반사 증진층(230)은 3M 사의 Solar mirror film과 같이 시중에 판매되고 있는 태양광 반사 필름으로 형성될 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(200)는 반사 증진층(230) 및 백색 복사 냉각층(220)이 반복적으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(200)는 기판(210) 상에 반사 증진층(230)-백색 복사 냉각층(220)-반사 증진층(230)-백색 복사 냉각층(220)-... 순으로 적층되어 형성될 수 있다.
도 23c를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(300)에는 백색 복사 냉각층(320)에 형광을 방출하는 형광 입자(323)가 더 혼입될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(300)는 기판(310) 및 기판(310) 상에 형성되고, 중적외선 또는 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 고분자 매트릭스(321) 내에 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 미세 입자(322) 및 형광을 방출하는 형광 입자(323)가 혼입된 백색 복사 냉각층(320)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(300)는 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(300)의 구성요소를 모두 포함할 수 있으므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
백색 복사 냉각층(320)에 포함된 형광 입자(323)는 태양광을 흡수하여 가시광선을 방출하는 것으로, 실시예에 따라서 적어도 하나의 색의 가시광선을 방출할 수 있다.
이에 따라, 적어도 하나의 색을 가지는 형광 입자(323)에 의해 색이 혼합되어 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(300)는 백색뿐만 아니라 다양한 색으로 보일 수 있다.
실시예에 따라서, 형광 입자(323)는 적색 형광을 방출하는 망간(Mn), 청색 형광을 방출하는 안티몬(Sb)으로 이루어질 수 있다.
실시예에 따라서, 형광 입자(323)는 루테늄-알루미늄-가넷(Lutetium aluminium garnet; LuAG)계로 이루어질 수 있으며, 이 외에도 이트륨-알루미늄-가넷(Yttrium Aluminium Garnet; YAG)계, 질화물(nitride)계, 황화물(sulfide)계, 규산염(silicate)계 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(300)는 고분자 매트릭스(321) 내에 미세 입자(322) 및 발색제(323)를 포함할 수 있다.
발색제(323)는 일반적으로 알려진 메타물질 혹은 염료가 될 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자(300)는 형광 입자(323)를 더 포함함으로써, 거울과 같은 색상을 가지지 않고 다양한 색상을 띨 수 있어 심미성이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 백색 복사 냉각 소자를 실시예에 따라 제조하였으며, 실시예의 백색 복사 냉각 소자의 특성 평가를 통해 백색 복사 냉각 소자의 특성 및 효과를 입증하였다.
[실시예 1-1]
미세 입자인 20nm 직경의 산화아연(ZnO) 입자를 고분자 물질인 PDMS 전체 중량 대비 30중량% 혼입하여 혼합액을 제조하였다.
이후, 유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사 증진층을 형성하였다.
이후, 반사 증진층 상에 혼합액을 스핀 코팅하여 백색 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 1-2]
산화아연 입자를 50중량%로 혼입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 백색 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 2-1]
미세 입자인 20nm 직경의 알루미나(Al2O3) 입자를 고분자 물질인 DPHA 전체 중량 대비 1.9중량% 혼입하여 혼합액을 제조하였다.
이후, 유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사 증진층을 형성하였다.
이후, 반사 증진층 상에 혼합액을 스핀 코팅하여 백색 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 2-2]
알루미나 입자를 DPHA 전체 중량 대비 3.8중량%로 혼입하여 혼합액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 백색 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 2-3]
알루미나 입자를 DPHA 전체 중량 대비 7.7중량%로 혼입하여 혼합액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 백색 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 1]
유리 기판 상에 E-beam evaporator를 이용하여 은(Ag)으로 이루어진 반사층을 형성한 후, 반사층 상에 DPHA를 스핀 코팅하여 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[실시예 3]
미세 입자인 20nm 직경의 PVDF 입자를 고분자 물질인 PUA 전체 중량 대비 33중량% 혼입하여 혼합액을 제조하였다.
유리 기판 상에 혼합액을 스핀 코팅하여 백색 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 2-1]
유리 기판 상에 PUA를 스핀 코팅하여 복사 냉각 소자를 제조하였다.
[대조예 2-2]
은 기판.
특성 평가
1. 금속산화물 미세 입자를 포함하는 백색 복사 냉각 소자
도 24a 및 도 24b는 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 미세 입자의 함유량에 따른 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 24a 및 도 24b를 참조하면, 상기 실시예 1-1(Sample 1) 및 실시예 1-2 모두 가시광선에 대하여 높은 반사율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실시예 1-1 및 상기 실시예 1-2의 반사율을 측정한 결과 산화아연 입자 함량이 더 많은 상기 실시예 1-2의 경우 상기 실시예 1-1보다 가시광선에 대하여 높은 반사율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자는 미세 입자의 함량이 높을수록 가시광선에 대하여 낮은 투과율, 즉 높은 반사율을 가지는 것을 알 수 있다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자를 포함하는 백색 복사 냉각 소자의 시간에 따른 온도를 도시한 그래프이다.
도 25를 참조하면, 2019년 5월 28일 맑은 날씨에서 실시예 2-3의 경우 -11.9℃, 실시예 2-2의 경우 -11.3℃, 실시예 2-1의 경우 -9.2℃, 대조예 1의 경우 -8.8℃인 것을 확인할 수 있다.
또한, 2019년 5월 29일 맑은 날씨에서 실시예 2-3의 경우 -11.6℃, 실시예 2-2의 경우 -11.1℃, 실시예 2-1의 경우 -9.21℃, 대조예 1의 경우 -8.7℃인 것을 확인할 수 있다.
또한, 2019년 5월 30일 흐린 날씨에서 실시예 2-3의 경우 -7.2℃, 실시예 2-2의 경우 -6.6℃, 실시예 2-1의 경우 -5.9℃, 대조예 1의 경우 -5.4℃인 것을 확인할 수 있다.
즉, 실시예 2-3, 실시예 2-2, 실시예 2-1, 대조예 1 순으로 큰 온도 변화량을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 미세 입자의 함유량이 증가할수록 중적외선 방사율 및 가시광선 반사율/산란율이 높아져 백색 복사 냉각 소자의 냉각 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 26a는 종래의 복사 냉각 소자의 모습을 도시한 이미지이며, 도 26b는 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자의 모습을 도시한 이미지이다.
먼저 도 26a를 참조하면, 반사층 상에 고분자층이 형성된 종래의 복사 냉각 소자의 경우 메탈릭 거울(metallic mirror)과 같은 색을 띠는 것을 확인할 수 있다.
그러나 도 26b를 참조하면, 상기 실시예 3의 백색 복사 냉각 소자의 경우 백색을 띠는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 실시예 2의 백색 복사 냉각 소자는 PUA 입자가 가시광선을 반사 및 산란시킴으로써 백색을 띠는 것을 확인할 수 있다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각층에 포함된 고분자의 종류에 따른 백색 복사 냉각 소자의 흡수율을 도시한 그래프이다.
도 27을 참조하면, 상기 실시예 3(PUA+PVDF)는 가시광선에 대하여 높은 반사율을 보이며, 중적외선 영역에서 높은 방사율을 보이는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실시예 3(PUA+PVDF) 및 대조예 2-1(PUA)에 대한 가시광선, 근적외선, 중적외선 영역의 태양광에 대한 흡수율을 관찰한 결과, 주변 온도 40℃에서 35.42W/m2의 냉각 전력 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
가시광선 영역인 노란색 영역에서 상기 실시예 3의 흡수율은 대조예 2-1의 흡수율보다 낮은 것으로 보아, 상기 실시예 3의 가시광선 반사율이 상기 대조예 2-1의 반사율보다 높은 것을 확인할 수 있다.
또한, 근적외선 및 중적외선 영역이 파란색 영역에서 상기 실시예 3의 방사율과 대조예 2-1의 방사율이 거의 유사한 것으로 보아, PUA 입자를 포함하더라도 중적외선 방사율에 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고분자 물질의 미세 입자를 포함하는 백색 복사 냉각 소자는 중적외선 영역에서 최고의 방사율을 가질 때 미세 입자의 함량을 더 높여도 방사율에는 거의 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다.
도 28은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 물질의 미세 입자를 포함하는 백색 복사 냉각 소자의 시간에 따른 온도를 도시한 그래프이다.
이때, 도 28에 기재된 Ambient T는 실시예 3 및 대조예 2-2의 복사 냉각 소자가 구비된 챔버 내부 온도로 실제 실시예 3 및 대조예 2-2의 쿨링이 어느 정도 되는지 비교하기 위한 온도이다.
또한, Outside T는 챔버 외부의 온도이며 대류에 의해 Ambient T보다 낮게 측정된다.
도 28을 참조하면, 상기 실시예 3(PUA+PVDF)의 온도 및 대기 온도(Ambient T)의 변화를 비교한 결과, 상기 실시예 3은 대기 온도에 비하여 평균 약 5.7℃ 더 냉각된 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실시예 3과 상기 대조예 2-2의 온도를 비교하여 보면, 상기 실시예 3은 상기 대조예 2-2에 비하여 평균 약 1.6℃ 더 냉각된 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 백색 복사 냉각 소자는 중적외선을 방사하는 고분자 매트릭스에 가시광선을 반사 및 산란시키는 미세 입자를 더 포함하여, 종래의 복사 냉각 소자보다 우수한 냉각 성능을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 기판 상에 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 반사층; 및
    상기 반사층 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 복사 냉각층
    을 포함하며,
    상기 복사 냉각층은,
    요철 패턴을 포함하는 제1 복사층; 및
    상기 제1 복사층 상에 형성되고 상기 제1 복사층과 상이한 굴절률을 가지는 제2 복사층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복사 냉각층은 상기 제1 복사층 및 상기 제2 복사층이 반복적으로 형성된 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복사층 및 상기 제2 복사층은 산화물 또는 질화물로 이루어진 미세 입자 및 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 미세 입자의 직경은 10nm 내지 20μm이고,
    상기 미세 입자는 실리카(SiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 고분자 물질은 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate)인 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복사층 및 제2 복사층의 두께는 각각 10nm 내지 2,000nm인 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복사 냉각층은,
    상기 반사층 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 중적외선 흡수층;
    상기 중적외선 흡수층 상에 형성되고, 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하는 코팅층
    을 포함하며,
    상기 제1 코팅층은 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 상기 제2 코팅층보다 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키고, 상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층이 반복적으로 형성되고, 상기 제1 코팅층과 상기 제2 코팅층의 굴절률 차이는 0.7 내지 2인 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 코팅층은 ZnS, Si, Ge 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
    상기 제2 코팅층은 CaF2를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자.
  9. 기판 상에 자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 반사층을 형성하는 단계; 및
    상기 반사층 상에 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 복사 냉각층을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 복사 냉각층을 형성하는 단계는,
    상기 반사층 상에 요철 패턴을 포함하는 제1 복사층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 복사층 상에 상기 제1 복사층과 상이한 굴절률을 가지는 제2 복사층을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 복사층은 상기 반사층 상에 산화물 또는 질화물로 이루어진 미세 입자와 고분자 물질 중 적어도 어느 하나가 도포된 후 스탬프를 이용하여 요철 패턴을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 복사층은 산화물 또는 질화물로 이루어진 미세 입자와 고분자 물질 중 적어도 어느 하나가 상기 기판 상에 30초 내지 40초 동안 스핀 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복사 냉각층을 형성하는 단계는,
    상기 반사층 상에 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 중적외선 흡수층을 형성하는 단계; 및
    상기 중적외선 흡수층 상에 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사시키는 코팅층을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 코팅층을 형성하는 단계는,
    상기 중적외선 흡수층 상에 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 형성하며,
    상기 제1 코팅층은 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광에 대하여 상기 제2 코팅층보다 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 복사 냉각 소자의 제조방법.
  13. 기판; 및
    상기 기판 상에 형성되고, 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하는 고분자 매트릭스 내에 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 금속산화물 또는 고분자 물질을 포함하는 미세 입자가 혼입된 백색 복사 냉각층
    을 포함하며,
    상기 백색 복사 냉각층은 상기 중적외선 영역의 파장을 갖는 태양광을 흡수하여 열로 방사하면서, 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 것을 특징으로 하는 백색 복사 냉각 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 백색 복사 냉각 소자는 상기 백색 복사 냉각층에 포함된 상기 금속산화물을 포함하는 미세 입자가 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시켜 백색을 띠는 것을 특징으로 하는 백색 복사 냉각 소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스와 상기 고분자 물질을 포함하는 미세 입자는 서로 상이한 굴절률을 가지며,
    상기 백색 복사 냉각 소자는 상기 백색 복사 냉각층에 포함된 상기 고분자 물질을 포함하는 미세 입자가 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시켜 백색을 띠는 것을 특징으로 하는 백색 복사 냉각 소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethyl methacrylate), DPHA(dipentaerythritol penta/hexa acrylate), PVDF(polyvinylidene fluoride) 및 PUA(polyurethane acrylate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 복사 냉각 소자.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 금속산화물은 이산화티타늄(TiO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미나(Al2O3) 및 산화아연(ZnO) 중 적어도 어느 하나이고,
    상기 고분자 물질은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 및 PUA(polyurethane acrylate) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백색 복사 냉각 소자.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 백색 복사 냉각 소자는,
    상기 백색 복사 냉각층의 하면에 상기 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 추가 반사시키는 반사 증진층을 더 포함하고,
    상기 반사 증진층은 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 백금(Pt) 중 적어도 어느 하나를 포함하는
    것을 특징으로 하는 백색 복사 냉각 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 백색 복사 냉각 소자는 상기 반사 증진층 및 상기 백색 복사 냉각층이 반복적으로 형성된 것을 특징으로 하는 백색 복사 냉각 소자.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 백색 복사 냉각층은
    상기 고분자 매트릭스 내에 가시광선 영역의 파장을 갖는 태양광을 반사 및 산란시키는 금속산화물 입자 및 형광을 방출하는 형광 입자가 혼입된 것을 특징으로 하는 백색 복사 냉각 소자.
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