[发明专利]一种基于塔姆结构的彩色辐射降温器

说明书

本发明公开了一种基于塔姆结构的彩色辐射降温器，包括基底，基底自下而上依次设置有金属膜层和电介质层A至电介质层G，其中金属膜层与电介质层A至电介质层D组成塔姆结构，电介质层A至电介质层D组成分布式布拉格反射镜，选择性发射器由电介质层E至电介质层G组成。本发明的有益效果是：与传统的辐射降温器相比，显色的辐射降温器不仅具有降温功能，而且带有颜色使其在美学和装饰性等方面具有广泛应用。本发明提供了一种简化的色差计算方法来寻找与三补色最接近的三种颜色，设计颜色纯度较高，使其组合能得到更多的颜色，并且由于器件的降温效果主要与选择性发射器相关，所以颜色的调控对降温效果影响不大，显色和降温不冲突。

技术领域

本发明涉及辐射降温技术领域，具体为一种基于塔姆结构的彩色辐射降温器。

背景技术

辐射降温技术由于其不需要外加能量、对环境友好、节约能源等优势在节能建筑，电子/光电器件和个人热管理等方面具有广泛的应用和前景。宇宙空间的温度约为3K，这是一个巨大的天然冷源。任何物体只要温度大于绝对零度都能向外辐射能量。根据维恩位移定律：当地球温度为300K时，黑体辐射能力最大值所对应的波长约为9.6μm，此峰值波长位于大气透明窗口(即8-13μm)内。因此，辐射降温利用这个波段的大气透明窗口，以辐射的形式穿过大气至宇宙空间实现热交换，从而达到降温效果。物体除了向外辐射能量，同时还会吸收太阳辐射和大气辐射，还有一部分非辐射能量(热传导和热对流)，所以物体的净辐射表示为：向外辐射量减去吸收的太阳辐射、大气辐射及非辐射量之和。当净辐射大于零时，物体可以实现降温。一般用辐射率来衡量物体以辐射形式向外释放能量相对强弱的能力，且根据基尔霍夫定律，在热平衡状态下物体的辐射率等于其吸收率，因此辐射降温器需要满足：8-13μm高吸收；其他波段高反射。

然而，由于辐射降温器在可见光区反射较大，呈白色，外观不美观，一定程度上限制了其在装饰等美学方面的应用。因此，对同时具有颜色和降温功能的降温器的研究引起了越来越多研究人员的兴趣。要使辐射降温器同时具有颜色和降温效果不仅需要满足传统降温器的波段要求外，还需要在减色法三原色波长(即435.8，546.1和700nm)处出现反射凹峰。例如，L.Zhu等人设计了一种可以在阳光下保持其颜色的辐射降温器，通过在周期性的硅纳米线阵列上放置周期性石英棒阵列，该降温器的颜色显示为淡粉色(Applied PhysicsLetters，2013，103(22)，223902)。G.J.Lee等人通过在热发射器中嵌入MIM结构设计出一种显示减色法三原色(黄色、品红和青色)的辐射降温器。实验证明，最终稳态温度比环境温度低3.9℃(Advanced Optical Materials，2018，6(22)，1800707)。但是这些已有的彩色辐射降温器的颜色调控复杂且与标准减色法三原色的色差较大，此外，颜色对入射角的变化较敏感。不同比例的减色法三原色(即三补色)可以组合成不同的颜色，所以三补色纯度越高，得到的颜色越多，应用更广泛。因此，需设计一种高纯度，高性能，颜色可调和对入射角度不敏感的彩色辐射降温器，其对未来彩色电子领域的发展具有极大的推动作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于塔姆结构的彩色辐射降温器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于塔姆结构的彩色辐射降温器，所述基底自下而上依次设置有金属膜层、分布式布拉格反射镜、选择性发射器；其中：所述的金属膜层和分布式布拉格反射镜组成塔姆结构；分布式布拉格反射镜的厚度d、分布式布拉格反射镜的布拉格波长λ_B、分布式布拉格反射镜的折射率n之间的关系满足：d＝λ_B/4n。

进一步的方案：一种基于塔姆结构的彩色辐射降温器，包括基底，所述基底自下而上依次设置有金属膜层和电介质层A至电介质层G，其中所述金属膜层与所述电介质层A至所述电介质层D组成塔姆结构，所述电介质层A至电介质层D组成分布式布拉格反射镜，所述选择性发射器由所述电介质层E至所述电介质层G组成。

优选的，所述基底厚度为300-3000μm。