[实用新型]基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器

说明书

本发明应用于被动辐射冷却技术领域，具体涉及一种基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器，进而实现热辐射冷却的目的。所述吸波器由周期性结构组成，包括算法优化增强区域、介质吸收层、银反射层，由上向下依次排列；一个周期单元的边长P满足5μm≤P≤15μm；本发明具有以下优点：1.本发明的选择性吸波器实现了对于大气红外窗口范围内电磁波的近乎完美吸收；2.本发明相比于传统辐射冷却结构所提出的材料较为简单且厚度更薄；3.本发明所采取的加工工艺是对上层二氧化钛材料打孔，并将打孔后的二氧化钛转移至银基底或者利用镀膜的方式产生下层银反射面，在制作工艺上较为简单且有利于批量生产。

技术领域

本实用新型应用于被动辐射冷却技术领域，具体涉及一种基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器，进而实现热辐射冷却的目的。

背景技术

随着对大自然的不断探索和科技的发展，被动辐射冷却作为一种新兴的技术被人们系统性的研究。其原理是通过吸收地球表面的热量并将这部分能量利用大气透明窗口波长范围的电磁波向外太空辐射从而实现降温。目前，人类有一大部分能源用于实现降温，被动辐射冷却技术的研究有望改善这一现状，其可以实现在无能源、电力消耗的情况下实现降温。另一方面，研究证明，辐射冷却技术同样可以应用于解决土地沙漠化问题，利用辐射冷却技术产生内外温差进而收集冷凝水,增加沙漠中植物种植的成活率的问题。

研究表明，材料对于特定波长的吸收率等价于对于特定波长的发射率。辐射冷却技术要求器件对于大气窗口波长范围的高发射率，其实也就是寻找一种对于窗口波长范围的选择性吸波器。传统的辐射冷却选择性吸波器大致可以分为两种，其一是利用氧化钛、氧化锆、硅和银以及顶层的周期性栅极设计从而实现辐射冷却的功能。但是，这种多层材料的选择性吸波器由于多层之间的相互影响导致理论结果与实验结果存在很大差异。另外，多层材料无疑增大了材料的厚度。另一种选择性吸波器通过使用新型聚合物材料和一些化学手段制备一些存在化学掺杂颗粒或者孔洞结构的材料来实现辐射冷却的功能。这种设计方法存在很大的不确定性，这种不确定性与制备工艺息息相关。另外，利用化学手段和新型聚合物产生的结构选择吸收范围远远大于透明窗口范围。这会导致选择性吸波器升温并影响选择性吸波器的降温效率。

随着算法的广泛研究，产生了一些厚度较小，性能提升的吸波器结构。当然，基于算法研究的吸波器大多依然是基于层与层之间折射率变化产生多层衍射和相互耦合实现选择性吸收。其原理依然是基于多层不同材料，区别在于其对不同材料的层厚度进行优化，其设计理念依然受限于传统的多层设计思想。另外，由于算法优化条件的差异导致一些算法设计的选择性吸波器性能不如传统选择性吸波器。近年来，一些基于DBS算法的结构展现出了优于传统设计的优异性能。例如Yingjie Liu等人基于DBS算法设计的片上集成模式复用器件具有性能优异，材料简单，结构可制造等特点，并且解决了传统设计集成电路设计中长期存在的交叉串扰问题“Yingjie Liu,Ke Xu,Shuai Wang,Weihong Shen,Hucheng Xie,Yujie Wang,Shumin Xiao,Yong Yao,Jiangbing Du,Zuyuan He and QinghaiSong.Arbitrarily routed mode-division multiplexed photonic circuits for denseintegration.Nature Communications(2019)”。因此，基于DBS算法设计的器件有着非常广泛的应用前景。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服传统辐射冷却吸波器多层材料相互影响的问题，以及利用算法优化选择性吸波器而产生的器件辐射冷却效果差的问题，提供一种基于DBS算法的选择性吸波器应用于辐射冷却领域。

本实用新型采用的技术方案如下：一种基于DBS算法的二氧化钛选择性吸波器，由周期性结构组成，包括算法优化增强区域1、介质吸收层2、银反射层3，由上向下依次排列；一个周期单元的边长P满足5μm≤P≤15μm；