包括具有纳米或微粒的涂料涂层的辐射冷却元件的制作方法

本发明涉及一种包括具有纳米或微粒的涂料涂层的辐射冷却元件，并且涉及一种具有如下特征的技术，该技术通过在各种表面上形成具有优异辐射冷却性能的涂料涂层，可以将太阳光谱中的光吸收降至最低，同时，将辐射冷却物质下方的热量放射到外部，以冷却材料表面或材料下方的温度。

背景技术：

1、被动辐射冷却(radiative cooling)元件反射相当于日间太阳光的波长(0.3-2.5μm)，并且通过放射能够逸出宇宙的辐射热(8-13μm)能量而被动地冷却。

2、另一方面，被动式辐射加热(radiative heating)元件吸收相当于日间太阳光的波长(0.3-2.5μm)，对能够逸出宇宙的辐射热(8-13μm)能量吸收不好，因此会被动地冷却。

3、被动冷却元件的效率可以通过测量元件本身的光学特性来检查。

4、为了放射热量而必须具有在长波长红外线区域内的高吸收率或高辐射率，由此才可以良好地将热量放射到宇宙中。

5、根据普朗克分布(planck distribution)，当300k的温度时，具有能够在6-20μm的波长区域最大化散热的条件。在地球，相当于大气窗口(sky window)的波长范围约为8-13μm，因此为了使被动冷却元件的散热能力最大化，应该使8-13μm区域的吸收率或辐射率最大。

6、为了用作被动辐射冷却材料，不应该因对入射太阳光的紫外线和近红外线(uv-vis-nir)波长范围内的光具有高透射率或高反射率而吸收入射的太阳光，并且应该对作为相当于大气窗口的波长范围区间的8-13μm区域带的长波红外线具有高吸收(辐射)率，另外，必须在室外(outdoor)条件下也应该具有高的耐久性(稳定性、耐腐蚀性)，而且所使用的材料必须廉价且存在量大，必须能够以廉价且容易的方法进行大面积成型。

7、聚合物材料通常对长波长红外线具有高吸收率(辐射率)，但是由于材料的性质，当放置在户外时，因紫外线或湿气而很容易劣化，导致使用寿命短。

8、另外，由于厚聚合物材料是对所有红外波长都具有高辐射率的宽带辐射器(broadband emitter)，因此辐射冷却性能不如大气窗口中具有高辐射率的选择性辐射器(selective emitter)。

9、在使用由无机材料或陶瓷材料制成的多层薄膜的情况下，为了增加整个大气窗口的放射率，必须增加层压数量，这会增加对太阳光的吸收率，从而难以实现高效的辐射冷却性能。

10、另外，由于银和铝的长期稳定性问题(氧化问题)和成本问题，包括银和铝的下部金属反射层的辐射冷却元件在现实生活中难以进行辐射冷却，并且这些金属材料主要进行规则反射,因此导致眼睛疲劳和轻微出血。

11、现有涂料的材料包含高含量的粘合剂，使用tio2纳米或微粒而制成，从而tio2的带隙能量相对较低，因此吸收uv附近的可见光线区域中的太阳光，并且由于nir区域高消光系数而在nir区域吸收量多。

12、另外，由于这些现有涂料不是由大气窗口中具有高消光系数的材料构成的，所以存在大气窗口中的放射率和各个角度的放射率不高的问题。

13、现有技术文献

14、专利文献

15、韩国专利公开专利第10-2019-0130985号，“被动辐射冷却结构”

16、韩国专利注册号10-2036071，“多层辐射冷却结构”

17、美国专利号9927188，“增强材料的被动辐射冷却板”

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的目的在于，提供一种如下如下特征的辐射冷却元件，该元件通过形成具有优异辐射冷却性能的涂料涂层，可以将太阳光谱中的光吸收降至最低，同时，将辐射冷却物质下方的热量放射到外部，以冷却材料表面或材料下方的温度。

3、本发明的目的在于，提供与现有涂料相比吸收的太阳光更少，并且在大气窗口中具有更高的放射率，从而为辐射冷却元件提供具有优异辐射冷却性能的涂料涂层。

4、本发明的目的在于，提供通过在刚性(rigid)或柔性(flexible)基板上形成涂料涂层来提供刚性(rigid)或柔性(flexible)的辐射冷却元件。

5、本发明的目的在于，具有辐射冷却功能的涂料涂层形成在用于热交换的铜(铜)管表面或非平面基板(例如车顶)上而可以执行辐射冷却功能，并且通过染色衣服料和雨伞表面等布料而提供辐射冷却功能。

6、本发明的目的在于，提供一种具有疏水性的辐射冷却元件，因为该元件可以通过另外包括高分子保护层来防止水分和空气等外部物质渗透。

7、本发明的目的在于，提供一种辐射冷却元件，该元件即使在太阳光照射的日间(day time)或在无太阳光照射的夜间(night time)也可以冷却到低于环境温度的环境温度而不消耗能量。

8、本发明的目的在于，应用于建筑材料、玻璃、汽车材料、航空设备、节能数据中心、电子设备和太阳能电池等需要冷却的材料的外表面，以提供不消耗能量的冷却功能。

9、本发明的目的在于，应用于可穿戴设备、衣服、鞋、雨伞等，以防止白天在太阳光下皮肤灼伤。

10、本发明通过使用由化学稳定性和机械特性优异的陶瓷材料制成的基板，即使长时间暴露于外部环境，也能提供稳定的辐射冷却功能。

11、技术方案

12、根据本发明的一实施例的辐射冷却元件本包括：将在相当于大气窗口的波长范围考虑红外线放射率和对入射阳光的反射率而机械地连接已确定粒径和组成的纳米或微粒及所述纳米或微粒的表面的粘合剂混合在溶剂中的粘合剂的涂料溶液涂覆或染色在各种表面上之后而形成的涂料涂层。

13、所述纳米或微粒可以包括sio2,al2o3,caco3,caso4,c-bn,zro2,mghpo4,ta2o5,aln,lif,mgf2,hfo2和baso4中一种纳米或微粒材料和所述至少一种纳米或微粒材料被混合的混合材料。

14、所述纳米或微粒由核和壳形成，并且形成所述核的纳米或微粒材料与形成所述壳的纳米或微粒材料由不同的材料制成，形成所述核的纳米或微粒材料与形成所述壳的纳米或微粒的红外线放射率和反射率可以确定组成，使得微粒材料的红外线放射率和反射率相对于大气窗口(sky window)的波长范围内的入射太阳光的红外线放射率和反射率彼此互补。

15、所述涂料涂层通过所述控制壳的厚度而可以根据相当于大气窗口(skywindow)范围的和所述入射太阳光的波长范围之间的折射率差来控制反射特性、吸收特性和透射特性中的至少一项。

16、在所述涂料涂层中，每个所述纳米或微粒的红外线放射率和反射率可以重叠以确定红外线放射率和反射率。

17、所述涂料涂层将纳米或微粒粉末按1：0、3：1、1：1、1：3和0：1中任一项的体积比而混合的涂料溶液涂覆(coating)或染色(dyeing)在各种表面上而形成。

18、所述粘合剂可以包括dpha(dipentaerythritol hexaacrylate),ptfe(polytetrafluoroethylene),pua(poly urethane acrylate),etfe(ethylene tetrafluoro ethylene),pvdf(polyvinylidene fluoride),acrylic类高分子,polyester类高分子,polyurethance类高分子中的至少一种粘合剂材料。

19、所述粘合剂可以包括dpha(dipentaerythritol hexaacrylate),ptfe(polytetrafluoroethylene),pua(poly urethane acrylate),etfe(ethylene tetrafluoro ethylene),pvdf(polyvinylidene fluoride),acrylic类高分子,polyester类高分子,polyurethance类高分子中的至少一种粘合剂材料。

20、所述涂料涂层可以在与至少一种粘合剂材料的大气窗口(sky window)相当的波长范围基于红外线放射率来增加所述红外线放射率。

21、所述涂料涂层是通过将所述纳米或微粒和所述粘合剂以x1的体积比混合而成的涂料溶液涂覆(coating)或染色(dyeing)在各种表面上而形成的，并且x可以具有0.2至2.5的范围。

22、所述涂料涂层上还可以包括阻止异物渗透到涂料涂层的高分子保护层。

23、所述涂料涂层的厚度可以形成在30μm至600μm的范围内。

24、随着所述涂料涂层的所述厚度增加而反射率增加，并且透射率会降低。

25、所述涂料涂层对垂直于红外线的基准线所述红外线形成以40°至70°的入射角入射时，可以具有0.6以上的红外线放射率可以。

26、发明效果

27、本发明可以提供一种如下如下特征的辐射冷却元件，该元件通过在各种表面形成具有优异辐射冷却性能的涂料涂层，可以将太阳光谱中的光吸收降至最低，同时，将辐射冷却物质下方的热量放射到外部，以冷却材料表面或材料下方的温度。

28、本发明可以提供与现有涂料相比吸收的太阳光更少，并且在大气窗口中具有更高的放射率，从而为辐射冷却元件提供具有优异辐射冷却性能的涂料涂层。

29、本发明可以提供通过在刚性(rigid)或柔性(flexible)基板上形成涂料涂层来提供刚性(rigid)或柔性(flexible)的辐射冷却元件。

30、本发明可以具有辐射冷却功能的涂料涂层形成在用于热交换的铜(铜)管表面或非平面基板(例如车顶)上而可以执行辐射冷却功能，并且通过染色布料(例如衣服料和雨伞表面)而提供辐射冷却功能。

31、本发明可以提供一种具有疏水性的辐射冷却元件，因为该元件可以通过另外包括高分子保护层来防止水分和空气等外部物质渗透。

32、本发明可以提供一种辐射冷却元件，该元件即使在太阳光照射的日间(day time)或在无太阳光照射的夜间(night time)也可以冷却到低于环境温度的环境温度而不消耗能量。

33、本发明应用于建筑材料、玻璃、汽车材料、航空设备、节能数据中心、电子设备和太阳能电池等需要冷却的材料的外表面，以提供不消耗能量的冷却功能。

34、本发明应用于可穿戴设备、衣服、鞋、雨伞等，以防止白天在太阳光下皮肤灼伤。

35、本发明通过使用由化学稳定性和机械特性优异的陶瓷材料制成的基板，即使长时间暴露于外部环境，也能提供稳定的辐射冷却功能。