[发明专利]一种强化辐射制冷领域的复合结构表面

说明书

本发明属于辐射制冷技术领域，提出了一种强化辐射制冷领域的复合结构表面。该表面基于钛‑锗‑钨的材料堆叠顺序，其中对于钛金属需要进行尺寸的设计并制备长、宽和厚度依次为1μm、0.2μm和0.06μm的金属条带分别置于钨衬底和电介质层锗之上，这些金属条带在平行和垂直方向交错分布，相邻且平行的条带间距设置为1μm。中间的锗介质层设置为0.6μm，同时金属钨设置为金属衬底，其厚度设置为2μm。本发明具备制备可行性强、辐射特性突出的特点，该表面能够在大气窗口波段具有较高的光谱发射率，满足辐射制冷的要求。

技术领域

本发明属于辐射制冷技术领域，涉及一种强化辐射制冷领域的复合结构表面。

背景技术

大气对某些特殊波段，如8-13μm区间的电磁波，具有极高的透射性能，使得电磁波能够直接辐射至宇宙空间，故该波段被称为大气窗口。根据大气窗口的热力学应用价值，辐射制冷作为一种被动式的散热方式被提出，其目的是将波长处于8-13μm光谱区间的电磁波强化辐射，并抑制该范围以外电磁波的发射。超材料电磁发射器能够通过微观调控的方式，使表面在大气窗口波段具有高发射率的特性，从而满足辐射制冷的要求。

随着纳米技术的进步，应用于辐射制冷的微纳模型被广泛研究和提出。如文献Wang H,Prasad Sivan V,Mitchell A,Rosengarten G,Phelan P,Wang L.Highlyefficient selective metamaterial absorber for high-temperature solar thermalenergy harvesting.Solar Energy Materials and Solar Cells.2015；137:235-42.提出了Ti-MgF₂-W结构的梯形微表面，通过改变Ti金属的几何参数，在可见光波段具有高吸收率，并且在大气窗口区间高发射率的特性，将其应用在太阳能电池表面，可同时满足辐射制冷和光伏发电的功能。同样，文献Liu Q,Wu W,Lin S,Xu H,Lu Y,Song W.Non-taperedmetamaterial emitters for radiative cooling to low temperature limit.OpticsCommunications.2019；450:246-51.中通过在竖直方向上堆叠若干层金属—介质—金属的圆柱形周期性光栅结构，使其在大气窗口波段平均发射率达到了0.8，温度降低55K。这些结构在设计上具有极大的灵活性和创新性，但是整体结构较为复杂，并且对制备精度要求较高，难以大范围普及和应用。另外，学者们提出的模型在理论上依旧存在光谱发射率低、发射带宽窄、光谱选择性差等问题，结合复杂的模型设计，并不利于辐射制冷领域的广泛应用。因此，开发一种结构设计简易、制备难度低，且能够很好地满足大气窗口区间(8-13μm)持续高发射特性的表面显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决辐射结构表面设计复杂、光谱辐射特性差等问题，提出了一种基于钛-锗-钨的复合结构表面。

本发明技术方案：

一种强化辐射制冷领域的复合结构表面，包括金属钨衬底，半导体锗电介质层和钛金属条，半导体锗电介质层位于金属钨衬底上，钛金属条位于半导体锗电介质层上；

所述的金属钨衬底的厚度L8为2-2.5μm；所述的半导体锗电介质层L7为0.6-0.8μm；所述的钛金属条的长度L3为1-1.2μm，宽度L4为0.2-0.25μm，高度L9为0.06-0.08μm；钛金属条垂直和平行交错分布在半导体锗电介质层上；两平行钛金属条在平行方向的间距L2为1μm，两垂直钛金属条在平行方向距离为L3+2L1为1.8-2μm；两垂直钛金属条在垂直方向的距离L6为1μm，两平行钛金属条在垂直方向距离L3+2L5为1.8-2μm。