WO2022097337A1 - 輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスを製造する方法 - Google Patents

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curved
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節文 大塚
惠司 江畑
武 井上
淳一 ▲高▼原
和也 君野
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Sumitomo Electric Industries Ltd
University of Osaka NUC
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Osaka University NUC
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect

Definitions

  • the present disclosure relates to a radiant device, a radiative cooling device and a method for manufacturing the radiant device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-185732 filed on November 6, 2020, and incorporates all the contents described in the Japanese patent application.
  • Patent Document 1 discloses a selective radiative cooling structure including a polymer and a selective emission layer containing a plurality of dielectric particles dispersed in the polymer. When making a structure in which microspheres are dispersed, microspheres may aggregate.
  • Patent Document 2 discloses a radiation device using a plasmonic metamaterial. Since the radiant device is manufactured using lithography technology, it is formed on a silicon substrate having a smooth surface.
  • the radiation device includes a flexible film, a conductor layer provided on the flexible film, a semiconductor layer provided on the conductor layer, and the semiconductor layer. It comprises a plurality of conductor discs provided and spaced apart from each other.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a radiation device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing a plurality of unit constituent regions arranged in an array.
  • FIG. 3 is a plan view showing an arrangement pattern of the conductor disk in each unit constituent region.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a curved radiation device of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a radiative cooling device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the absorption spectrum of the radiation device according to the embodiment.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view schematically showing one step of a method for manufacturing a radiation device according to an embodiment.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view schematically showing one step of a method for manufacturing a radiation device according to an embodiment.
  • the present disclosure provides a method of manufacturing a radiant device, a radiative cooling device and a radiant device that can be curved.
  • the radiation device is provided on the flexible film, the conductor layer provided on the flexible film, the semiconductor layer provided on the conductor layer, and the semiconductor layer. , A plurality of conductor disks arranged apart from each other.
  • the radiant device can be curved by bending the flexible film.
  • the conductor layer may be provided on the main surface of the flexible film, and the flexible film may be bendable so that the main surface has a radius of curvature of 60 mm or less. In this case, the radiant device can be curved relatively large.
  • the absolute value of the dimensional change rate of each of the plurality of conductor disks and the space between the plurality of adjacent conductor disks may be 10% or less.
  • the absolute value of the dimensional change rate of each conductor disk and each interval can be reduced.
  • the absolute value of the deviation of the absorption wavelength due to the dimensional change can be reduced to, for example, 5 ⁇ m or less.
  • the flexible film may contain a resin.
  • the flexible film may contain polyimide.
  • the plurality of conductor disks are arranged so that each of the plurality of unit constituent regions having the same area and the same shape on the main surface of the semiconductor layer has the same arrangement pattern, and each of the plurality of unit constituent regions is 4. It has a rectangular shape with each side having a length of 5.5 ⁇ m or more and 5.5 ⁇ m or less, and the plurality of unit constituent areas are adjacent to each other in two directions orthogonal to each other along the main surface. May be arranged in an array so that they have common sides.
  • the radiating device can selectively emit the electromagnetic wave of the "atmospheric window" corresponding to the wavelength range of 4.5 ⁇ m or more and 5.5 ⁇ m or less.
  • the arrangement pattern is a 3 ⁇ 3 matrix in which three conductor disks are arranged along the first side of the rectangular shape and three conductor disks are arranged along the second side orthogonal to the first side. It is composed of nine conductor discs arranged so as to correspond to, and the nine conductor discs may include four or more kinds of conductor discs having different diameters from each other. In this case, nine conductor disks can be appropriately arranged in a rectangular shape having each side having a length of 4.5 ⁇ m or more and 5.5 ⁇ m or less.
  • the radiative cooling device includes a member having a curved surface and the radiant device, and the radiant device is provided on the member so that the flexible film faces the curved surface. ..
  • the flexible film can be curved to follow the curved surface.
  • the method for manufacturing the radiation device includes a step of providing a flexible film on a substrate, and a plurality of conductor layers and semiconductor layers arranged apart from each other on the flexible film.
  • the present invention includes a step of sequentially forming the conductor discs of the above and a step of peeling the flexible film from the substrate.
  • a radiant device provided with a flexible film can be obtained.
  • the step of providing the flexible film may include adhering the flexible film to the substrate by an adhesive layer. In this case, the displacement of the flexible film with respect to the substrate can be suppressed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a radiation device according to an embodiment.
  • the radiation device 100 shown in FIG. 1 includes a flexible film 110, a conductor layer 120 provided on the flexible film 110, a semiconductor layer 130 provided on the conductor layer 120, and a semiconductor layer 130. It is provided with a plurality of conductor disks 150 provided above.
  • the flexible film 110 has a lower surface 110a and an upper surface 110b (main surface) arranged on opposite sides in the Z-axis direction.
  • the Z-axis direction corresponds to the thickness direction of the flexible film 110.
  • the conductor layer 120 is provided on the upper surface 110b of the flexible film 110.
  • the conductor layer 120 has a lower surface 120a facing the upper surface 110b and an upper surface 120b opposite to the lower surface 120a.
  • the semiconductor layer 130 is provided on the upper surface 120b of the conductor layer 120.
  • the semiconductor layer 130 has a lower surface 130a facing the upper surface 120b and an upper surface 130b (main surface) opposite to the lower surface 130a.
  • the plurality of conductor disks 150 are provided on the upper surface 120b of the semiconductor layer 130 and are arranged apart from each other.
  • Each conductor disk 150 has, for example, a circle when viewed from the Z-axis direction. Even if a surface protective layer 140 is provided on the upper surface 130b of the semiconductor layer 130 so as to cover the plurality of conductor disks 150 in order to protect the plurality of conductor disks 150 and prevent light from being incident from the outside. good.
  • the surface protective layer 140 can also function as a reflective film.
  • the flexible film 110 may contain a resin. Examples of resins include polyimide.
  • the flexible film 110 may contain, for example, a material having a Young's modulus of 0.5 GPa or more and 100 GPa or less.
  • the thickness of the flexible film 110 is, for example, 1 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less.
  • the flexible film 110 may contain an inorganic material.
  • the flexible film 110 may be, for example, a thin glass plate having a thickness of 20 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less (for example, G-Leaf (registered trademark) manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.).
  • the flexible film 110 may have a heat resistance of, for example, 300 ° C. or higher.
  • the flexible film 110 may have high resistance to organic solvents and strong acids.
  • the average surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) in a region (reference length) of about 50 ⁇ m on the upper surface 130b of the flexible film 110 may be 5 nm or less.
  • the needle-shaped protrusions can be removed by oxygen plasma treatment (ashing) or the like.
  • the average surface roughness Ra in the entire area (reference length over the whole) of the upper surface 130b of the flexible film 110 may be 500 nm or less.
  • the conductor layer 120 may contain a metal. Examples of metals include aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag) and copper (Cu).
  • the thickness of the conductor layer 120 may be larger than the thickness of the conductor disk 150.
  • the thickness of the conductor layer 120 may be 100 nm or more and 200 nm or less. By increasing the thickness of the conductor layer 120, the transmission of electromagnetic waves can be suppressed.
  • the semiconductor layer 130 may contain at least one of silicon (Si) and germanium (Ge). In this case, the absorption rate of the semiconductor layer 130 becomes small in the mid-infrared wavelength region, that is, the wavelength region shorter than 8 ⁇ m.
  • the thickness of the semiconductor layer 130 may be 100 nm or more and 1000 nm or less.
  • Each of the plurality of conductor discs 150 may contain metal.
  • the metal example includes the same material as the material example of the conductor layer 120.
  • the thickness of each conductor disk 150 may be 30 nm or more and 100 nm or less in order to improve the controllability of the shape and suppress the manufacturing cost. In this case, even if the radiation characteristics change due to a change in the thickness of the conductor disk 150, a sufficient emissivity can be obtained in a wavelength range of 8 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less.
  • each conductor disk 150 are repeatedly analyzed by the FDTD method (Finite-difference time-domain) within the range of 0.8 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less, and the wavelength is 8 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less. It can be selected to obtain high radiance in the region.
  • FDTD method Finite-difference time-domain
  • FIG. 2 is a plan view showing a plurality of unit constituent areas arranged in an array.
  • FIG. 3 is a plan view showing an arrangement pattern of the conductor disk in each unit constituent region.
  • the arrangement pattern of the conductor disk is not limited to this example.
  • the plurality of conductor disks 150 may be arranged so that each of the plurality of unit constituent regions R having the same area and the same shape on the upper surface 130b of the semiconductor layer 130 has the same arrangement pattern.
  • Each of the plurality of unit constituent regions R may have a rectangular shape having each side having a length of 4.5 ⁇ m or more and 5.5 ⁇ m or less. The lengths of the two sides adjacent to each other with one internal angle in between may be different from each other or may be equal to each other.
  • each of the plurality of unit constituent regions R has a square shape having each side having a length of 4.5 ⁇ m or more and 5.5 ⁇ m or less.
  • the plurality of unit constituent regions R may be arranged in an array so that adjacent unit constituent regions R have common sides in each of the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other along the upper surface 130b.
  • the plurality of unit configuration areas R are arranged without gaps.
  • a two-dimensional periodic structure of the arrangement pattern of the plurality of conductor disks 150 is formed on the upper surface 130b.
  • the two-dimensional periodic structure is an infrared plasmon periodic structure that generates electromagnetic waves in the mid-infrared wavelength region.
  • the length of one side of the unit constituent region R corresponds to the periodic pitch P of the two-dimensional periodic structure.
  • the arrangement pattern in each unit constituent area R is composed of nine conductor disks 150 arranged so as to correspond to a 3 ⁇ 3 matrix.
  • three conductor disks 150 are arranged along the first side of the rectangular shape, and three conductor disks 150 are arranged along the second side orthogonal to the first side.
  • the corresponding conductor disk 150 is arranged at each of the nine intersections (lattice points) C between the lines a1, a2 and a3 and the lines b1, b2 and b3.
  • the center of each conductor disk 150 coincides with each intersection C.
  • the lines a1, a2 and a3 extend parallel to the X-axis direction and are set at equal intervals in the Y-axis direction.
  • the lines b1, b2 and b3 extend parallel to the Y-axis direction and are set at equal intervals in the X-axis direction.
  • the lines a1, a2 and a3 are arranged in order in the Y-axis direction.
  • the lines b1, b2 and b3 are arranged in order in the X-axis direction.
  • the nine conductor discs 150 arranged in one unit constituent area R include four or more types of conductor discs 150 having different diameters from each other.
  • nine conductor disks 150a to 150i are arranged in the unit constituent region R in a state of being separated from each other on the intersection C of the lines a1 to a3 and the lines b1 to b3.
  • the first conductor disk 150a is arranged at the intersection C between the line a3 and the line b1.
  • the second conductor disk 150b is arranged at the intersection C between the line a3 and the line b2.
  • the third conductor disk 150c is arranged at the intersection C between the line a3 and the line b3.
  • the fourth conductor disk 150d is arranged at the intersection C between the line a2 and the line b1.
  • the fifth conductor disk 150e is arranged at the intersection C between the line a2 and the line b2.
  • the sixth conductor disk 150f is arranged at the intersection C between the line a2 and the line b3.
  • the seventh conductor disk 150 g is arranged at the intersection C between the line a1 and the line b1.
  • the eighth conductor disk 150h is arranged at the intersection C between the line a1 and the line b2.
  • the ninth conductor disk 150i is arranged at the intersection C between the line a1 and the line b3.
  • the diameter of the first conductor disk 150a is 0.9 ⁇ m.
  • the diameter of the second conductor disk 150b is 1.1 ⁇ m.
  • the diameter of the third conductor disk 150c is 0.9 ⁇ m.
  • the diameter of the fourth conductor disk 150d is 1.4 ⁇ m.
  • the diameter of the fifth conductor disk 150e is 1.5 ⁇ m.
  • the diameter of the sixth conductor disk 150f is 1.2 ⁇ m.
  • the diameter of the seventh conductor disk 150 g is 0.9 ⁇ m.
  • the diameter of the eighth conductor disk 150h is 1.3 ⁇ m.
  • the diameter of the ninth conductor disk 150i is 1.0 ⁇ m. Therefore, in this example, the nine conductor discs 150 arranged in one unit constituent region R include three conductor discs 150a, 150c, 150 g having a minimum diameter (0.9 ⁇ m).
  • the nine conductor discs 150 have seven types (0.9 ⁇ m, 1.0 ⁇ m, 1.1 ⁇ m, 1.2 ⁇ m, 1.3 ⁇ m, 1.4 ⁇ m, 1.5 ⁇ m) of conductor discs 150a having different diameters from each other. , 150b, 150d, 150e, 150f, 150h, 150i.
  • the center spacing (that is, the spacing between the intersections C) of the conductor disks 150 adjacent to each other is 1.7 ⁇ m.
  • the length of one side of the unit constituent region R corresponding to the periodic pitch P is 5.1 ⁇ m.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a curved radiation device of FIG.
  • the flexible film 110 may be bendable so that the upper surface 110b of the flexible film 110 has a radius of curvature CR of 60 mm or less.
  • the flexible film 110 may be curved so that the upper surface 110b is convex.
  • the flexible film 110 may be curved so that the upper surface 110b is concave, or the upper surface 110b may be curved so as to include both a convex region and a concave region.
  • the flexible film 110 can be curved so as to surround the central axis CN along the upper surface 110b.
  • the radius of curvature CR corresponds to the distance from the central axis CN to the upper surface 110b.
  • the absolute value of the dimensional change rate of each of the plurality of conductor disks 150 and the space between the plurality of adjacent conductor disks 150 may be 10% or less. Changes in the dimensions of each conductor disk 150 and each spacing may be irreversible.
  • the dimensional change rate RT1 (%) of each of the plurality of conductor disks 150 can be calculated by the following formula.
  • RT1 (Dn2-Dn1) / Dn1 ⁇ 100
  • Dn1 represents the dimension before bending in the nth conductor disk 150 among the k conductor disks 150 arranged in the unit constituent region R (see FIG. 1).
  • Dn1 is the length of the non-curved upper surface of the nth conductor disk 150 in the cross section orthogonal to the Y-axis direction.
  • Dn2 represents the dimension of the nth conductor disk 150 after bending (see FIG. 4).
  • Dn2 is the length of the curved upper surface of the nth conductor disk 150 in the cross section orthogonal to the central axis CN.
  • k is a natural number of 2 or more.
  • n is a natural number.
  • k is 9.
  • An example of the nth conductor disk 150 is a first conductor disk 150a having a minimum diameter (0.9 ⁇ m).
  • the dimensional change rate RT1 (%) becomes a positive value.
  • the dimensional change rate RT1 (%) becomes a negative value.
  • the dimensional change rate RT2 (Gn2-Gn1) / Gn1 ⁇ 100
  • Gn1 represents the dimension before bending at the nth interval among the m intervals in the unit constituent region R (see FIG. 1).
  • Gn1 is the distance between the non-curved upper surfaces of the plurality of adjacent conductor disks 150 in the cross section orthogonal to the Y-axis direction.
  • Gn2 represents the dimension after bending at the nth interval (see FIG. 4).
  • Gn2 is the distance between the curved upper surfaces of the plurality of adjacent conductor disks 150 in the cross section orthogonal to the central axis CN.
  • n and n are natural numbers. In the examples of FIGS. 2 and 3, m is 6.
  • An example of the nth interval is the smallest interval among the m intervals.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a radiative cooling device according to an embodiment.
  • the radiative cooling device 10 shown in FIG. 5 is, for example, a sky radiator.
  • the radiative cooling device 10 includes the radiant device 100 and the member 300 of the present embodiment.
  • the member 300 has a curved surface 300a.
  • the radiation device 100 is provided on the member 300 so that the flexible film 110 faces the curved surface 300a.
  • the radiative cooling device 10 may be a radiant panel or the like having a spectrum having a high emissivity in the window wavelength band of the atmosphere.
  • the radiative cooling device 10 has a front surface 10a that emits electromagnetic waves in a specific wavelength range, and a back surface 10b that is opposite to the front surface 10a.
  • the radiation device 100 located on the surface 10a is located far from the building 200.
  • the member 300 located on the back surface 10b is arranged near the building 200.
  • the radiative cooling device 10 may be arranged in the building 200 so as to be in direct or indirect contact with the air warmed by the heat source 210.
  • the radiative cooling device 10 can absorb the heat of the air heated by the heat source 210 in the building 200, convert the heat into the electromagnetic wave 230 in the window wavelength range of the atmosphere, and release the heat to the outside of the building 200. Since the thermal equilibrium between the radiative cooling device 10 and the universe is performed through the window wavelength region of the atmosphere, the radiative cooling device 10 loses thermal energy. As a result, the temperature of the radiative cooling device 10 is lowered. The warmed air in the building 200 is in contact with the back surface 10b of the radiative cooling device 10. Therefore, the warmed air is cooled by transferring the heat energy once stored to the radiative cooling device 10. The cooled air is returned indoors by natural convection 220 or forced circulation in the building 200. Therefore, the radiative cooling device 10 according to the present embodiment can function as a cooling device.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the absorption spectrum of the radiation device according to the embodiment.
  • the horizontal axis indicates the wavelength ( ⁇ m), and the vertical axis indicates the absorption rate.
  • the value of the absorption rate on the vertical axis is normalized with the maximum value as 1.
  • the graph of FIG. 6 shows the calculation result of the absorption spectrum for an example of a radiation device having the following structure.
  • the radiant device of this example includes an aluminum layer having a thickness of 100 nm, a silicon layer having a thickness of 500 nm, and a plurality of conductor disks having a thickness of 50 nm, which are sequentially laminated on a polyimide film.
  • the arrangement pattern of the plurality of conductor disks is the same as the arrangement pattern of the examples of FIGS. 2 and 3. From FIG. 6, it can be seen that a high absorption rate can be obtained in the "atmospheric window" corresponding to the wavelength range of 8 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less.
  • the radiation device 100 can be curved by bending the flexible film 110 as shown in FIG. Therefore, according to the radiative cooling device 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 5, for example, the flexible film 110 can be curved to follow the curved surface 300a of the member 300.
  • the radiation device 100 can be curved relatively large.
  • the absolute value of the dimensional change rate RT1 of each of the plurality of conductor disks 150 and the plurality of adjacent conductor disks 150 are adjacent to each other.
  • the absolute value of the dimensional change rate RT2 of the interval between them may be 10% or less.
  • the absolute value of the deviation of the absorption wavelength due to the dimensional change can be reduced to, for example, 0.5 ⁇ m or less.
  • each conductor disk 150 and each interval are set so that the absorption wavelength is 5 ⁇ m, even if the flexible film 110 is curved, an absorption wavelength within the wavelength range of 4.5 ⁇ m or more and 5.5 ⁇ m or less can be obtained. Be done.
  • the radiation device 100 corresponds to a wavelength region of 4.5 ⁇ m or more and 5.5 ⁇ m or less.
  • the electromagnetic waves of the "atmospheric window" can be selectively emitted.
  • the length is 4.5 ⁇ m or more and 5.5 ⁇ m or less.
  • Nine conductor discs 150 can be appropriately arranged in a rectangular shape having each side of the above.
  • FIGS. 7A and 7B is a cross-sectional view schematically showing one step of a method for manufacturing a radiation device according to an embodiment.
  • the radiation device 100 of this embodiment can be manufactured as follows.
  • the flexible film 110 is provided on the substrate 400.
  • the substrate 400 is, for example, a silicon substrate.
  • the flexible film 110 is provided so that the lower surface 110a faces the substrate 400.
  • the flexible film 110 may be adhered to the substrate 400 by the adhesive layer 410. In this case, the displacement of the flexible film 110 with respect to the substrate 400 can be suppressed.
  • the adhesive layer 410 may have a heat resistance of, for example, 300 ° C. or higher.
  • the adhesive layer 410 may have high resistance to organic solvents and strong acids.
  • the adhesive layer 410 may contain, for example, a silicone-based pressure-sensitive adhesive (pressure-sensitive adhesive).
  • An example of the flexible film 110 provided with the adhesive layer 410 is an adhesive tape (Capton (registered trademark) adhesive tape manufactured by Teraoka Seisakusho Co., Ltd.).
  • the flexible film 110 has, for example, a rectangular shape when viewed from the thickness direction of the flexible film 110.
  • the upper surface 110b of the flexible film 110 may be cleaned with an alcohol-based cleaning solution. As a result, the organic matter on the upper surface 110b is removed. After that, the upper surface 110b may be treated with oxygen plasma. As a result, the needle-like protrusions on the upper surface 110b and the residual organic matter are removed.
  • the conductor layer 120, the semiconductor layer 130, and a plurality of conductor disks 150 arranged apart from each other are sequentially formed on the flexible film 110.
  • the plurality of conductor discs 150 may be formed by photolithography and etching.
  • the conductor layer 120 (for example, thickness 100 nm) and the semiconductor layer 130 (for example, thickness 500 nm) are continuously deposited on the flexible film 110 by, for example, magnetron sputtering.
  • the deposition may be carried out while adjusting the temperature of the substrate 400 within the range of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. As a result, the effects of densification and surface flattening of the conductor layer 120 and the semiconductor layer 130 can be obtained.
  • a resist film is formed on the upper surface 130b of the semiconductor layer 130, and then stepper exposure and development are performed to form an opening pattern on the resist film. Then, a conductor layer (for example, a thickness of 50 nm) is deposited on the resist film and in the opening pattern by, for example, magnetron sputtering. Then, by removing the resist film and the conductor layer on the resist film using an organic solvent, a plurality of conductor disks 150 can be obtained.
  • a conductor layer for example, a thickness of 50 nm
  • the flexible film 110 is peeled off from the substrate 400.
  • the flexible film 110 can be detached from the substrate 400 by mechanically pulling from the corners of the flexible film 110. In this way, the radiation device 100 is obtained.
  • the radiation device 100 (see FIG. 1) provided with the flexible film 110 can be obtained.
  • the dimensional accuracy of each conductor disc 150 can be improved.
  • the flexible film 110 is adhered to the substrate 400 by the adhesive layer 410, the displacement of the flexible film 110 with respect to the substrate 400 can be suppressed. Therefore, the dimensional accuracy of each conductor disk 150 is further improved.
  • each unit constituent area R has the same arrangement pattern, but a plurality of unit constituent areas R may have different arrangement patterns.
  • the first unit constituent area R may have a first arrangement pattern.
  • the second unit configuration area R may have a second arrangement pattern obtained by rotating the first arrangement pattern by 90 °.
  • the arrangement pattern in each unit constituent area R is composed of nine conductor disks 150 arranged so as to correspond to a 3 ⁇ 3 matrix.
  • the arrangement pattern in each unit configuration region R may be composed of 16 conductor disks 150 arranged so as to correspond to a 4 ⁇ 4 matrix, or may be arranged so as to correspond to a 5 ⁇ 5 matrix. It may be composed of only 25 conductor discs 150, or may be composed of 100 conductor discs 150 arranged so as to correspond to a 10 ⁇ 10 matrix. As the number of conductor disks 150 in each unit constituent region R increases, the characteristics of the absorption spectrum can be controlled with high accuracy.
  • Natural convection 230 Electromagnetic wave 300 ... Member 300a ... Curved surface 400 ... Substrate 410 ... Adhesive Layer a1 ... line a2 ... line a3 ... line b1 ... line b2 ... line b3 ... line C ... intersection CN ... central axis CR ... radius of curvature P ... periodic pitch R ... unit constituent area

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Abstract

輻射デバイスは、可撓性膜と、可撓性膜上に設けられた導電体層と、導電体層上に設けられた半導体層と、半導体層上に設けられ、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクと、を備える。

Description

輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスを製造する方法
　本開示は、輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスを製造する方法に関する。本出願は、２０２０年１１月６日出願の日本特許出願第２０２０－１８５７３２号に基づく優先権を主張し、前記日本特許出願に記載された全ての内容を援用する。
　特許文献１は、ポリマーと、ポリマー中に分散した複数の誘電体粒子とを含む選択的放出層を備える選択的放射冷却構造体を開示する。微小球体が分散された構造物を作製する場合、微小球体が凝集することがある。
　特許文献２は、プラズモニックメタマテリアルを利用した輻射デバイスを開示する。輻射デバイスは、リソグラフィー技術を用いて作製されるため、平滑な表面を有するシリコン基板上に形成される。
特表２０１９－５１５９６７号公報 国際公開第２０２０／０２６３４５号
　本開示の一側面に係る輻射デバイスは、可撓性膜と、前記可撓性膜上に設けられた導電体層と、前記導電体層上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に設けられ、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクと、を備える。
図１は、一実施形態に係る輻射デバイスを模式的に示す断面図である。 図２は、アレイ配置された複数の単位構成領域を示す平面図である。 図３は、各単位構成領域における導電体ディスクの配置パターンを示す平面図である。 図４は、湾曲した図１の輻射デバイスを模式的に示す断面図である。 図５は、一実施形態に係る放射冷却装置の概略構成を示す図である。 図６は、一実施形態に係る輻射デバイスの吸収スペクトルの例を示すグラフである。 図７Ａは、一実施形態に係る輻射デバイスを製造する方法の一工程を模式的に示す断面図である。 図７Ｂは、一実施形態に係る輻射デバイスを製造する方法の一工程を模式的に示す断面図である。
［本開示が解決しようとする課題］
　国際公開第２０２０／０２６３４５号は、湾曲表面を有する部材上に輻射デバイスを搭載することを開示していない。
　本開示は、湾曲させることができる輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスを製造する方法を提供する。
［本開示の効果］
　本開示によれば、湾曲させることができる輻射デバイス、放射冷却装置及び輻射デバイスを製造する方法を提供できる。
　［本開示の実施形態の説明］
　一実施形態に係る輻射デバイスは、可撓性膜と、前記可撓性膜上に設けられた導電体層と、前記導電体層上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に設けられ、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクと、を備える。
　上記輻射デバイスによれば、可撓性膜を湾曲させることにより、輻射デバイスを湾曲させることができる。
　前記導電体層は、前記可撓性膜の主面上に設けられ、前記可撓性膜は、前記主面が６０ｍｍ以下の曲率半径を有するように湾曲可能であってもよい。この場合、輻射デバイスを比較的大きく湾曲させることができる。
　前記主面が６０ｍｍの曲率半径を有するように前記可撓性膜が湾曲された場合に、前記複数の導電体ディスクのそれぞれの寸法変化率の絶対値と、隣り合う前記複数の導電体ディスク間の間隔の寸法変化率の絶対値とが１０％以下であってもよい。この場合、輻射デバイスを大きく湾曲させても、各導電体ディスク及び各間隔の寸法変化率を小さくできる。これにより、寸法変化による吸収波長のずれの絶対値を例えば５μｍ以下に小さくできる。
　前記可撓性膜が樹脂を含んでもよい。前記可撓性膜がポリイミドを含んでもよい。
　前記複数の導電体ディスクは、前記半導体層の主面において同一面積及び同一形状を有する複数の単位構成領域のそれぞれが同じ配置パターンを有するよう配置され、前記複数の単位構成領域のそれぞれは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状を有し、前記複数の単位構成領域は、前記主面に沿った互いに直交する２つの方向のそれぞれにおいて隣接する単位構成領域同士が共通する辺を有するようにアレイ配置されてもよい。この場合、輻射デバイスは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の波長域に相当する「大気の窓」の電磁波を選択的に放出できる。
　前記配置パターンは、前記矩形形状の第１辺に沿って３個の導電体ディスクが並ぶとともに前記第１辺と直交する第２辺に沿って３個の導電体ディスクが並ぶ３×３のマトリクスに対応するように配置された９個の導電体ディスクにより構成され、前記９個の導電体ディスクは、互いに異なる直径を有する４種類以上の導電体ディスクを含んでもよい。この場合、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状内に９個の導電体ディスクを適切に配置することができる。
　一実施形態に係る放射冷却装置は、湾曲表面を有する部材と、上記輻射デバイスと、を備え、前記輻射デバイスは、前記湾曲表面に前記可撓性膜が面するように前記部材上に設けられる。この場合、湾曲表面に追従するように可撓性膜を湾曲することができる。
　一実施形態に係る輻射デバイスを製造する方法は、基板上に可撓性膜を設ける工程と、前記可撓性膜上に、導電体層と、半導体層と、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクとを順に形成する工程と、前記可撓性膜を前記基板から剥離する工程と、を含む。
　上記輻射デバイスを製造する方法によれば、可撓性膜を備える輻射デバイスが得られる。
　前記可撓性膜を設ける工程は、前記可撓性膜を接着剤層によって前記基板に接着することを含んでもよい。この場合、基板に対する可撓性膜の位置ずれを抑制できる。
　［本開示の実施形態の詳細］
　以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図面には、必要に応じて、互いに交差するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向が示される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は例えば互いに直交している。
　図１は、一実施形態に係る輻射デバイスを模式的に示す断面図である。図１に示される輻射デバイス１００は、可撓性膜１１０と、可撓性膜１１０上に設けられた導電体層１２０と、導電体層１２０上に設けられた半導体層１３０と、半導体層１３０上に設けられた複数の導電体ディスク１５０とを備える。
　可撓性膜１１０は、Ｚ軸方向において互いに反対側に配置された下面１１０ａ及び上面１１０ｂ（主面）を有する。Ｚ軸方向は可撓性膜１１０の厚み方向に相当する。導電体層１２０は、可撓性膜１１０の上面１１０ｂ上に設けられる。導電体層１２０は、上面１１０ｂに面する下面１２０ａと、下面１２０ａと反対側の上面１２０ｂとを有する。半導体層１３０は、導電体層１２０の上面１２０ｂ上に設けられる。半導体層１３０は、上面１２０ｂに面する下面１３０ａと、下面１３０ａと反対側の上面１３０ｂ（主面）とを有する。複数の導電体ディスク１５０は、半導体層１３０の上面１２０ｂ上に設けられ、互いに離間して配置される。各導電体ディスク１５０は、Ｚ軸方向から見て例えば円形を有する。半導体層１３０の上面１３０ｂ上には、複数の導電体ディスク１５０の保護及び外部からの光入射等の防止のために、複数の導電体ディスク１５０を覆うように表面保護層１４０が設けられてもよい。表面保護層１４０は反射膜としても機能し得る。
　可撓性膜１１０は樹脂を含んでもよい。樹脂の例はポリイミドを含む。可撓性膜１１０は、例えば０．５ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下のヤング率を有する材料を含んでもよい。可撓性膜１１０の厚さは、例えば１μｍ以上３０００μｍ以下である。可撓性膜１１０は無機材料を含んでもよい。可撓性膜１１０は、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下の厚さを有する薄いガラス板（例えば日本電気硝子社製のＧ－Ｌｅａｆ（登録商標）など）であってもよい。可撓性膜１１０は、例えば３００℃以上の耐熱性を有し得る。可撓性膜１１０は、有機溶剤及び強酸に対する高い耐性を有し得る。可撓性膜１１０の上面１３０ｂの５０μｍ程度の領域（基準長さ）における平均表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は５ｎｍ以下であってもよい。可撓性膜１１０の上面１３０ｂに高さ１００ｎｍ程度の針状突起が設けられている場合、針状突起は酸素プラズマ処理（アッシング）などによって除去可能である。加えて、可撓性膜１１０の上面１３０ｂの全面積（全体にわたる基準長さ）における平均表面粗さＲａは５００ｎｍ以下であってもよい。
　導電体層１２０は、金属を含んでもよい。金属の例は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）を含む。導電体層１２０の厚みは、導電体ディスク１５０の厚みよりも大きくてもよい。導電体層１２０の厚みは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。導電体層１２０の厚みを大きくすると、電磁波の透過を抑制できる。
　半導体層１３０は、シリコン（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくとも１つを含んでもよい。この場合、中赤外波長域、すなわち８μｍより短い波長域において半導体層１３０の吸収率が小さくなる。半導体層１３０の厚みは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよい。
　複数の導電体ディスク１５０のそれぞれは、金属を含んでもよい。金属の例は、導電体層１２０の材料の例と同じ材料を含む。各導電体ディスク１５０の厚みは、形状の制御性向上及び製造コストの抑制のために、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよい。この場合、導電体ディスク１５０の厚みの変化によって輻射特性が変化しても、波長８μｍ以上１３μｍ以下の波長域で十分な輻射率が得られる。各導電体ディスク１５０の寸法（直径）は、０．８μｍ以上１．５μｍ以下の範囲でＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain：有限差分時間領域法）による解析を繰り返し、８μｍ以上１３μｍ以下の波長域で高い輻射率が得られるように選択され得る。
　図２は、アレイ配置された複数の単位構成領域を示す平面図である。図３は、各単位構成領域における導電体ディスクの配置パターンを示す平面図である。以下では、図２及び図３の例について説明する。導電体ディスクの配置パターンは本例に限定されない。
　複数の導電体ディスク１５０は、半導体層１３０の上面１３０ｂにおいて同一面積及び同一形状を有する複数の単位構成領域Ｒのそれぞれが同じ配置パターンを有するよう配置され得る。複数の単位構成領域Ｒのそれぞれは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状を有してもよい。１つの内角を挟んで隣接する２辺の長さは、互いに異なってもよいし、互いに等しくてもよい。本例では、複数の単位構成領域Ｒそれぞれは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する正方形状を有する。複数の単位構成領域Ｒは、上面１３０ｂに沿った互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれにおいて隣接する単位構成領域Ｒ同士が共通する辺を有するようにアレイ配置され得る。複数の単位構成領域Ｒは隙間なく配置される。これにより、上面１３０ｂにおいて、複数の導電体ディスク１５０の配置パターンの二次元周期構造が構成される。二次元周期構造は、中赤外波長域の電磁波を発生させる赤外プラズモン周期構造である。単位構成領域Ｒの一辺の長さは、二次元周期構造の周期ピッチＰに相当する。本例では、各単位構成領域Ｒにおける配置パターンは、３×３のマトリクスに対応するように配置された９個の導電体ディスク１５０により構成される。３×３のマトリクスでは、矩形形状の第１辺に沿って３個の導電体ディスク１５０が並ぶとともに第１辺と直交する第２辺に沿って３個の導電体ディスク１５０が並ぶ。線ａ１，ａ２及びａ３と、線ｂ１，ｂ２及びｂ３との９つの交点（格子点）Ｃのそれぞれに、対応する導電体ディスク１５０が配置される。各導電体ディスク１５０の中心は各交点Ｃと一致する。線ａ１，ａ２及びａ３は、Ｘ軸方向に平行に延在し、Ｙ軸方向に等間隔で設定される。線ｂ１，ｂ２及びｂ３は、Ｙ軸方向に平行に延在し、Ｘ軸方向に等間隔で設定される。線ａ１，ａ２及びａ３はＹ軸方向において順に配置される。線ｂ１，ｂ２及びｂ３は、Ｘ軸方向において順に配置される。
　１つの単位構成領域Ｒ内に配置された９個の導電体ディスク１５０は、互いに異なる直径を有する４種類以上の導電体ディスク１５０を含む。本例では、単位構成領域Ｒ内に、９個の導電体ディスク１５０ａから１５０ｉが、線ａ１からａ３と線ｂ１からｂ３の交点Ｃ上に互いに離間した状態で配置される。第１導電体ディスク１５０ａは、線ａ３と線ｂ１との交点Ｃに配置される。第２導電体ディスク１５０ｂは、線ａ３と線ｂ２との交点Ｃに配置される。第３導電体ディスク１５０ｃは、線ａ３と線ｂ３との交点Ｃに配置される。第４導電体ディスク１５０ｄは、線ａ２と線ｂ１との交点Ｃに配置される。第５導電体ディスク１５０ｅは、線ａ２と線ｂ２との交点Ｃに配置される。第６導電体ディスク１５０ｆは、線ａ２と線ｂ３との交点Ｃに配置される。第７導電体ディスク１５０ｇは、線ａ１と線ｂ１との交点Ｃに配置される。第８導電体ディスク１５０ｈは、線ａ１と線ｂ２との交点Ｃに配置される。第９導電体ディスク１５０ｉは、線ａ１と線ｂ３との交点Ｃに配置される。第１導電体ディスク１５０ａの直径は、０．９μｍである。第２導電体ディスク１５０ｂの直径は、１．１μｍである。第３導電体ディスク１５０ｃの直径は、０．９μｍである。第４導電体ディスク１５０ｄの直径は、１．４μｍである。第５導電体ディスク１５０ｅの直径は、１．５μｍである。第６導電体ディスク１５０ｆの直径は、１．２μｍである。第７導電体ディスク１５０ｇの直径は、０．９μｍである。第８導電体ディスク１５０ｈの直径は、１．３μｍである。第９導電体ディスク１５０ｉの直径は、１．０μｍである。よって、本例では、１つの単位構成領域Ｒ内に配置された９個の導電体ディスク１５０は、最小直径（０．９μｍ）を有する３個の導電体ディスク１５０ａ，１５０ｃ，１５０ｇを含む。９個の導電体ディスク１５０は、互いに異なる直径を有する７種（０．９μｍ、１．０μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ）の導電体ディスク１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｄ，１５０ｅ，１５０ｆ，１５０ｈ，１５０ｉを含む。本例では、互いに隣接する導電体ディスク１５０の中心間隔（すなわち、交点Ｃ間の間隔）は１．７μｍである。本例では、周期ピッチＰに相当する単位構成領域Ｒの一辺の長さは５．１μｍである。
　図４は、湾曲した図１の輻射デバイスを模式的に示す断面図である。図４に示されるように、可撓性膜１１０は、可撓性膜１１０の上面１１０ｂが６０ｍｍ以下の曲率半径ＣＲを有するように湾曲可能であってもよい。図４において、可撓性膜１１０は、上面１１０ｂが凸となるように湾曲され得る。可撓性膜１１０は、上面１１０ｂが凹となるように湾曲されてもよいし、上面１１０ｂが凸領域と凹領域との両方を含むように湾曲されてもよい。可撓性膜１１０は、上面１１０ｂに沿った中心軸ＣＮを囲むように湾曲され得る。Ｙ軸方向に沿った中心軸ＣＮを囲むように可撓性膜１１０を湾曲させた場合、曲率半径ＣＲは、中心軸ＣＮから上面１１０ｂまでの距離に相当する。上面１１０ｂが６０ｍｍの曲率半径ＣＲを有するように可撓性膜１１０が湾曲された場合に、複数の導電体ディスク１５０のそれぞれの寸法変化率の絶対値と、隣り合う複数の導電体ディスク１５０間の間隔の寸法変化率の絶対値とは１０％以下であってもよい。各導電体ディスク１５０の寸法及び各間隔の変化は、不可逆的であってもよい。
　複数の導電体ディスク１５０のそれぞれの寸法変化率ＲＴ１（％）は、以下の計算式によって算出され得る。
ＲＴ１＝（Ｄｎ２－Ｄｎ１）／Ｄｎ１×１００
Ｄｎ１は、単位構成領域Ｒ内に配置されたｋ個の導電体ディスク１５０のうちｎ番目の導電体ディスク１５０における湾曲前の寸法を表す（図１参照）。Ｄｎ１は、Ｙ軸方向に直交する断面において、ｎ番目の導電体ディスク１５０の湾曲していない上面の長さである。Ｄｎ２は、ｎ番目の導電体ディスク１５０における湾曲後の寸法を表す（図４参照）。Ｄｎ２は、中心軸ＣＮに直交する断面において、ｎ番目の導電体ディスク１５０の湾曲した上面の長さである。ｋは２以上の自然数である。ｎは自然数である。図２及び図３の例において、ｋは９である。ｎ番目の導電体ディスク１５０の例は、最小直径（０．９μｍ）を有する第１導電体ディスク１５０ａである。上面１１０ｂが凸となるように可撓性膜１１０が湾曲される場合、寸法変化率ＲＴ１（％）は正の値になる。一方、上面１１０ｂが凹となるように可撓性膜１１０が湾曲される場合、寸法変化率ＲＴ１（％）は負の値になる。
　隣り合う複数の導電体ディスク１５０間の間隔の寸法変化率ＲＴ２（％）は、以下の計算式によって算出され得る。
ＲＴ２＝（Ｇｎ２－Ｇｎ１）／Ｇｎ１×１００
Ｇｎ１は、単位構成領域Ｒ内におけるｍ個の間隔のうちｎ番目の間隔における湾曲前の寸法を表す（図１参照）。Ｇｎ１は、Ｙ軸方向に直交する断面において、隣り合う複数の導電体ディスク１５０の湾曲していない上面間の間隔である。Ｇｎ２は、ｎ番目の間隔における湾曲後の寸法を表す（図４参照）。Ｇｎ２は、中心軸ＣＮに直交する断面において、隣り合う複数の導電体ディスク１５０の湾曲した上面間の間隔である。ｍ及びｎは自然数である。図２及び図３の例において、ｍは６である。ｎ番目の間隔の例は、ｍ個の間隔のうち最小の間隔である。上面１１０ｂが凸となるように可撓性膜１１０が湾曲される場合、寸法変化率ＲＴ２（％）は正の値になる。一方、上面１１０ｂが凹となるように可撓性膜１１０が湾曲される場合、寸法変化率ＲＴ２（％）は負の値になる。
　図５は、一実施形態に係る放射冷却装置の概略構成を示す図である。図５に示される放射冷却装置１０は例えばスカイラジエータである。放射冷却装置１０は、本実施形態の輻射デバイス１００と部材３００とを備える。部材３００は、湾曲表面３００ａを有する。輻射デバイス１００は、湾曲表面３００ａに可撓性膜１１０が面するように、部材３００上に設けられる。放射冷却装置１０は、大気の窓波長帯において高い輻射率を有するスペクトルを有する輻射パネル等であってもよい。放射冷却装置１０は、特定波長域の電磁波を放出する表面１０ａと、表面１０ａとは反対側の裏面１０ｂとを有する。表面１０ａに位置する輻射デバイス１００は建物２００から遠くに配置される。一方、裏面１０ｂに位置する部材３００は建物２００の近くに配置される。放射冷却装置１０は、建物２００内で熱源２１０により温められた空気に直接的又は間接的に接するように配置され得る。
　放射冷却装置１０は、建物２００内で熱源２１０により温められた空気の熱を吸収し、熱を大気の窓波長域の電磁波２３０に変換して建物２００の外部へ放出することができる。大気の窓波長域を通じて放射冷却装置１０と宇宙との間の熱平衡が行われるので、放射冷却装置１０は、熱エネルギーを失う。これにより、放射冷却装置１０の温度が下がる。建物２００内の温められた空気は放射冷却装置１０の裏面１０ｂに接している。よって、温められた空気は、一旦蓄えた熱エネルギーを放射冷却装置１０へ移すことで冷却される。冷却された空気は建物２００内の自然対流２２０又は強制循環により屋内に還流される。よって、本実施形態に係る放射冷却装置１０は冷房として機能し得る。
　図６は、一実施形態に係る輻射デバイスの吸収スペクトルの例を示すグラフである。図６において、横軸は波長（μｍ）を示し、縦軸は吸収率を示す。縦軸の吸収率の値は、最大値を１として正規化されている。図６のグラフは、以下の構造を有する輻射デバイスの例について、吸収スペクトルの計算結果を示す。本例の輻射デバイスは、ポリイミド膜上に順に積層された、厚さ１００ｎｍのアルミニウム層、厚さ５００ｎｍのシリコン層及び厚さ５０ｎｍの複数の導電体ディスクを含む。複数の導電体ディスクの配置パターンは図２及び図３の例の配置パターンと同じである。図６から、８μｍ以上１３μｍ以下の波長域に相当する「大気の窓」において高い吸収率が得られることが分かる。
　本実施形態の輻射デバイス１００によれば、図４に示されるように可撓性膜１１０を湾曲させることにより、輻射デバイス１００を湾曲させることができる。よって、本実施形態の放射冷却装置１０によれば、例えば図５に示されるように、可撓性膜１１０を湾曲して、部材３００の湾曲表面３００ａに追従させることができる。
　上面１１０ｂが６０ｍｍ以下の曲率半径ＣＲを有するように可撓性膜１１０が湾曲可能である場合、輻射デバイス１００を比較的大きく湾曲させることができる。
　上面１１０ｂが６０ｍｍの曲率半径ＣＲを有するように可撓性膜１１０が湾曲された場合に、複数の導電体ディスク１５０のそれぞれの寸法変化率ＲＴ１の絶対値と、隣り合う複数の導電体ディスク１５０間の間隔の寸法変化率ＲＴ２の絶対値とが１０％以下であってもよい。この場合、輻射デバイス１００を大きく湾曲させても、各導電体ディスク１５０及び各間隔の寸法変化率を小さくできる。これにより、寸法変化による吸収波長のずれの絶対値を例えば０．５μｍ以下に小さくできる。したがって、吸収波長が５μｍとなるように各導電体ディスク１５０及び各間隔を設定すれば、可撓性膜１１０が湾曲されても、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の波長域内の吸収波長が得られる。
　複数の単位構成領域Ｒのそれぞれが、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状を有する場合、輻射デバイス１００は、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の波長域に相当する「大気の窓」の電磁波を選択的に放出できる。
　９個の導電体ディスク１５０が、３×３のマトリクスに対応するように配置され、互いに異なる直径を有する４種類以上の導電体ディスク１５０を含む場合、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状内に９個の導電体ディスク１５０を適切に配置することができる。
　図７Ａ及び図７Ｂのそれぞれは、一実施形態に係る輻射デバイスを製造する方法の一工程を模式的に示す断面図である。本実施形態の輻射デバイス１００は以下のように製造され得る。
　まず、図７Ａに示されるように、基板４００上に可撓性膜１１０を設ける。基板４００は、例えばシリコン基板である。可撓性膜１１０は、下面１１０ａが基板４００に面するように設けられる。可撓性膜１１０は接着剤層４１０によって基板４００に接着されてもよい。この場合、基板４００に対する可撓性膜１１０の位置ずれを抑制できる。接着剤層４１０は、例えば３００℃以上の耐熱性を有してもよい。接着剤層４１０は、有機溶剤及び強酸に対する高い耐性を有してもよい。接着剤層４１０は、例えばシリコーン系粘着剤（感圧接着剤）を含んでもよい。接着剤層４１０が設けられた可撓性膜１１０の例は、粘着テープ（株式会社寺岡製作所製のカプトン（登録商標）粘着テープ）である。可撓性膜１１０は、可撓性膜１１０の厚み方向から見て、例えば矩形形状を有する。
　基板４００上に可撓性膜１１０を設けた後、可撓性膜１１０の上面１１０ｂをアルコール系洗浄液により洗浄してもよい。これにより、上面１１０ｂ上の有機物が除去される。その後、上面１１０ｂに酸素プラズマ処理してもよい。これにより、上面１１０ｂの針状突起及び残留した有機物が除去される。
　次に、図７Ｂに示されるように、可撓性膜１１０上に、導電体層１２０と、半導体層１３０と、互いに離間して配置された複数の導電体ディスク１５０とを順に形成する。複数の導電体ディスク１５０は、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成され得る。まず、可撓性膜１１０上に、例えばマグネトロンスパッタリングにより導電体層１２０（例えば厚さ１００ｎｍ）及び半導体層１３０（例えば厚さ５００ｎｍ）を連続的に堆積する。基板４００の温度を１５０℃以上３００℃以下の範囲内に調整しながら堆積を行ってもよい。これにより、導電体層１２０及び半導体層１３０の緻密化及び表面の平坦化の効果が得られる。その後、半導体層１３０の上面１３０ｂにレジスト膜を形成した後、ステッパー露光及び現像を行うことにより、レジスト膜に開口パターンを形成する。その後、レジスト膜上及び開口パターン内に、例えばマグネトロンスパッタリングにより導電体層（例えば厚さ５０ｎｍ）を堆積する。その後、有機溶媒を用いてレジスト膜及びレジスト膜上の導電体層を除去することによって、複数の導電体ディスク１５０が得られる。
　次に、可撓性膜１１０を基板４００から剥離する。可撓性膜１１０は、可撓性膜１１０の角部から機械的に引っ張ることによって基板４００から剥離され得る。このようにして、輻射デバイス１００が得られる。
　本実施形態の輻射デバイス１００を製造する方法によれば、可撓性膜１１０を備える輻射デバイス１００（図１参照）が得られる。複数の導電体ディスク１５０を形成する際に、複数の導電体ディスク１５０が基板４００によって支持されるので、各導電体ディスク１５０の寸法精度を高くできる。可撓性膜１１０が接着剤層４１０によって基板４００に接着される場合、基板４００に対する可撓性膜１１０の位置ずれを抑制できる。よって、各導電体ディスク１５０の寸法精度が更に向上する。
　以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。
　例えば、上記実施形態では、各単位構成領域Ｒが同じ配置パターンを有しているが、複数の単位構成領域Ｒが互いに異なる配置パターンを有してもよい。例えば、第１単位構成領域Ｒが第１配置パターンを有してもよい。第２単位構成領域Ｒが、第１配置パターンを９０°回転して得られる第２配置パターンを有してもよい。
　上記実施形態では、各単位構成領域Ｒにおける配置パターンは、３×３のマトリクスに対応するように配置された９個の導電体ディスク１５０により構成されている。各単位構成領域Ｒにおける配置パターンは、４×４のマトリクスに対応するように配置された１６個の導電体ディスク１５０により構成されてもよいし、５×５のマトリクスに対応するように配置された２５個の導電体ディスク１５０により構成されてもよいし、１０×１０のマトリクスに対応するように配置された１００個の導電体ディスク１５０により構成されてもよい。各単位構成領域Ｒ内の導電体ディスク１５０の数が増えると、吸収スペクトルの特性を高精度に制御することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０…放射冷却装置
１０ａ…表面
１０ｂ…裏面
１００…輻射デバイス
１１０…可撓性膜
１１０ａ…下面
１１０ｂ…上面（主面）
１２０…導電体層
１２０ａ…下面
１２０ｂ…上面
１３０…半導体層
１３０ａ…下面
１３０ｂ…上面（主面）
１４０…表面保護層
１５０…導電体ディスク
１５０ａ…第１導電体ディスク
１５０ｂ…第２導電体ディスク
１５０ｃ…第３導電体ディスク
１５０ｄ…第４導電体ディスク
１５０ｅ…第５導電体ディスク
１５０ｆ…第６導電体ディスク
１５０ｇ…第７導電体ディスク
１５０ｈ…第８導電体ディスク
１５０ｉ…第９導電体ディスク
２００…建物
２１０…熱源
２２０…自然対流
２３０…電磁波
３００…部材
３００ａ…湾曲表面
４００…基板
４１０…接着剤層
ａ１…線
ａ２…線
ａ３…線
ｂ１…線
ｂ２…線
ｂ３…線
Ｃ…交点
ＣＮ…中心軸
ＣＲ…曲率半径
Ｐ…周期ピッチ
Ｒ…単位構成領域

Claims (10)

  1. 　可撓性膜と、
    　前記可撓性膜上に設けられた導電体層と、
    　前記導電体層上に設けられた半導体層と、
    　前記半導体層上に設けられ、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクと、
    を備える、輻射デバイス。
  2. 　前記導電体層は、前記可撓性膜の主面上に設けられ、
    　前記可撓性膜は、前記主面が６０ｍｍ以下の曲率半径を有するように湾曲可能である、請求項１に記載の輻射デバイス。
  3. 　前記主面が６０ｍｍの曲率半径を有するように前記可撓性膜が湾曲された場合に、前記複数の導電体ディスクのそれぞれの寸法変化率の絶対値と、隣り合う前記複数の導電体ディスク間の間隔の寸法変化率の絶対値とが１０％以下である、請求項２に記載の輻射デバイス。
  4. 　前記可撓性膜が樹脂を含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の輻射デバイス。
  5. 　前記可撓性膜がポリイミドを含む、請求項４に記載の輻射デバイス。
  6. 　前記複数の導電体ディスクは、前記半導体層の主面において同一面積及び同一形状を有する複数の単位構成領域のそれぞれが同じ配置パターンを有するよう配置され、
    　前記複数の単位構成領域のそれぞれは、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の長さの各辺を有する矩形形状を有し、
    　前記複数の単位構成領域は、前記主面に沿った互いに直交する２つの方向のそれぞれにおいて隣接する単位構成領域同士が共通する辺を有するようにアレイ配置される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の輻射デバイス。
  7. 　前記配置パターンは、前記矩形形状の第１辺に沿って３個の導電体ディスクが並ぶとともに前記第１辺と直交する第２辺に沿って３個の導電体ディスクが並ぶ３×３のマトリクスに対応するように配置された９個の導電体ディスクにより構成され、
    　前記９個の導電体ディスクは、互いに異なる直径を有する４種類以上の導電体ディスクを含む、請求項６に記載の輻射デバイス。
  8. 　湾曲表面を有する部材と、
    　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の輻射デバイスと、
    を備え、
    　前記輻射デバイスは、前記湾曲表面に前記可撓性膜が面するように前記部材上に設けられる、放射冷却装置。
  9. 　基板上に可撓性膜を設ける工程と、
    　前記可撓性膜上に、導電体層と、半導体層と、互いに離間して配置された複数の導電体ディスクとを順に形成する工程と、
    　前記可撓性膜を前記基板から剥離する工程と、
    を含む、輻射デバイスを製造する方法。
  10. 　前記可撓性膜を設ける工程は、前記可撓性膜を接着剤層によって前記基板に接着することを含む、請求項９に記載の方法。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014143118A (ja) * 2013-01-25 2014-08-07 Daicel Corp 光電変換素子用組成物および光電変換素子
US20140355639A1 (en) * 2012-12-03 2014-12-04 Indian Institute Of Technology Metamaterial structures for q-switching in lasers
WO2016031547A1 (ja) * 2014-08-29 2016-03-03 国立研究開発法人物質・材料研究機構 電磁波吸収及び輻射材料及びその製造方法並びに赤外線源
JP2017096516A (ja) * 2015-11-19 2017-06-01 旭化成株式会社 冷暖房用パネル、及び冷暖房システム
JP2017175201A (ja) * 2016-03-18 2017-09-28 三井化学株式会社 メタマテリアルフィルム及びその製造方法
WO2018043298A1 (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 国立研究開発法人理化学研究所 光吸収体、ボロメーター、赤外線吸収体、太陽熱発電装置、放射冷却フィルム、及び光吸収体の製造方法
JP2019515967A (ja) * 2016-02-29 2019-06-13 ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ コロラド，ア ボディ コーポレイト 放射冷却構造体及びシステム
JP2019192910A (ja) * 2018-04-18 2019-10-31 国立大学法人東京農工大学 スイッチング素子及び熱電変換素子
WO2020026345A1 (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 住友電気工業株式会社 輻射デバイスおよび放射冷却装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140355639A1 (en) * 2012-12-03 2014-12-04 Indian Institute Of Technology Metamaterial structures for q-switching in lasers
JP2014143118A (ja) * 2013-01-25 2014-08-07 Daicel Corp 光電変換素子用組成物および光電変換素子
WO2016031547A1 (ja) * 2014-08-29 2016-03-03 国立研究開発法人物質・材料研究機構 電磁波吸収及び輻射材料及びその製造方法並びに赤外線源
JP2017096516A (ja) * 2015-11-19 2017-06-01 旭化成株式会社 冷暖房用パネル、及び冷暖房システム
JP2019515967A (ja) * 2016-02-29 2019-06-13 ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ コロラド，ア ボディ コーポレイト 放射冷却構造体及びシステム
JP2017175201A (ja) * 2016-03-18 2017-09-28 三井化学株式会社 メタマテリアルフィルム及びその製造方法
WO2018043298A1 (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 国立研究開発法人理化学研究所 光吸収体、ボロメーター、赤外線吸収体、太陽熱発電装置、放射冷却フィルム、及び光吸収体の製造方法
JP2019192910A (ja) * 2018-04-18 2019-10-31 国立大学法人東京農工大学 スイッチング素子及び熱電変換素子
WO2020026345A1 (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 住友電気工業株式会社 輻射デバイスおよび放射冷却装置

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