[发明专利]一种具有结构色的辐射制冷多层膜结构

说明书

本发明提供了一种能够呈现结构色的辐射制冷多层膜结构。包括顶部辐射制冷器结构和底部成色器结构，成色器结构包括自下而上堆叠形成的MIM结构和二周期一维准光子晶体结构。所述的多层膜结构的总厚度为1.657μm～1.87μm，以石英玻璃或Si作为基底材料，所述的结构在太阳光波段具有较强的反射能力，在大部分太阳光波段的反射率达到0.9以上。本发明的多层膜结构可克服目前辐射制冷结构由于颜色单一的应用场合受限问题。且相对于可呈现结构色的辐射制冷超表面光子器件，该一维结构色辐射制冷多层膜具有制造成本较低，工艺简单的巨大优势。所述的呈现结构色的辐射制冷多层膜结构在室外物体及电子产品热管理等领域有广大的应用前景。

技术领域

本发明涉及光谱选择性的微纳米结构领域，具体地，涉及一种具有结构色的辐射制冷多层膜结构。

背景技术

随着现代社会的发展，人类对能源的消耗量与需求量与日俱增。目前能源问题已演变为全球性问题。同时，由于全球变暖，温室效应等气候问题的日益加剧，全球对制冷的需求又在不断上升。主动式制冷设备，如空调、风扇等的制冷过程不可避免地存在需要消耗大量能源的问题。选择性辐射制冷是一种通过在物体上覆盖在大气窗口(8～13μm)具有选择性高发射率的结构，实现物体与低温外层空间辐射换热，从而对物体进行冷却的被动式制冷技术。该技术作为一种不需要消耗任何能源的自发式制冷技术具有广阔的发展和应用前景。可应用于建筑物节能、电子器件散热、室外物体表面热管理、光伏电池冷却等领域。目前，辐射制冷分为昼间辐射制冷和夜间辐射制冷，与夜间辐射制冷相比，昼间辐射制冷还需要考虑太阳辐射能的吸收问题，因此也更加难以实现。昼间辐射制冷技术不仅要求物体在8～13μm的大气窗口波段具有高发射特性，还需要其在0.3～4μm的太阳光波段具有高反射特性以减少太阳辐射能的吸收，保证制冷效果。然而由于太阳光波段高反射率的性能要求，目前几乎所有的昼间辐射制冷结构的颜色都为白色或银色，颜色的单调性极大程度上限制了其应用空间。在微纳米光子器件领域，一些学者采用金属-电介质-金属(MIM)结构和一维辐射制冷器结合的多层膜结构同时实现了辐射制冷和结构色呈现，但由于MIM结构的单吸收峰特性的限制，目前能够呈现出的颜色仍十分有限，且无法呈现红-绿-蓝(RGB)的加法三原色结构色。还有学者采用超表面辐射制冷光子器件同时实现了辐射制冷和呈现结构色，然而这种结构存在加工难度大的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有结构色的辐射制冷多层膜结构。

根据本发明提供的一种具有结构色的辐射制冷多层膜结构，包括一维多层膜结构，所述一维多层膜结构包括顶部辐射制冷器结构和底部成色器结构，成色器结构包括自下而上堆叠形成的MIM结构和二周期一维准光子晶体结构。

优选地，所述一维多层膜结构的总厚度为1.657μm～1.87μm。

优选地，MIM结构的金属层材料为Ag、Au或Al中的一种，电介质层材料为SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、HfO₂、Si₃N₄中的一种。

优选地，二周期一维准光子晶体结构由折射率不同的两种电介质薄膜交替堆叠构成，其中低折射率材料为SiO₂、MgF₂、CaF₂中的一种，高折射率材料为TiO₂、HfO₂、SiC中的一种。

优选地，二周期一维准光子晶体结构与MIM结构的顶层金属层协同。

优选地，辐射制冷器结构由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃中的一种或几种材料组成。

优选地，采用Ag作为MIM结构的金属层材料，SiO₂作为MIM结构的电介质层材料；