用于辐射冷却和加热的系统和方法与流程

相关申请的相互参考本申请要求2015年6月18日提交的美国临时申请序列号62/181,674的优先权，出于所有目的通过引用将其整体并入本文。关于联邦资助研究的声明本发明是利用如下政府支持做出的：来自美国国家科学基金会(基金编号phy-1411445和eccs-1307948)的政府支持、来自美国能源部(基金编号de-ac02-98ch10886)的政府支持和来自美国空军科学研究办公室(基金编号muri/fa9550-13-1-0389)的政府支持。政府具有本发明中的某些权利。
背景技术：
：所公开的主题涉及用于辐射冷却和加热的系统和方法。表面能够经由电磁辐射吸收和释放热能。表面的光学性质部分地取决于表面的几何形状和材料。在辐射传热期间，根据表面吸收的净电磁辐射，主体的温度会提高或降低。例如，如果表面吸收的辐射多于释放的辐射，主体的温度会提高。另一方面，如果表面释放更多的辐射，则主体的温度会降低。热辐射可用于被动(passive)辐射冷却和加热中，即，不需要能量输入的辐射冷却和加热。因此，被动辐射冷却和加热可用于减少冷却或加热物体所需要的能量的量。辐射冷却和加热可用于减少与例如商业和住宅建筑物以及交通工具相关的能量消耗。被动辐射冷却的某些方法使用可施加到建筑物的表面涂层，所述表面涂层具有增加的入射太阳辐射反射率以及在有限光谱范围中的增加的发射率，所述光谱范围对应于大气的红外透射窗口。其它技术可以利用复合多层结构，该复合多层结构反射太阳辐射以及释放热辐射从而用于日间辐射冷却。然而，对于辐射冷却和加热的改良技术仍然存在需要。公开的主题的概述所公开的主题提供用于辐射冷却和加热的系统和方法。如本文中所体现的，辐射冷却的实例系统可以包括：顶层，所述顶层包括一种或多种聚合物，其中所述顶层在至少一部分热谱中具有高的发射率并且在至少一部分太阳光谱中具有近似为零的电磁消光系数、近似为零的吸收率和高的透射率；以及设置在顶层下方的反射层，所述反射层包括一种或多种金属，其中所述反射层在至少一部分太阳光谱中具有高的反射率，以及。在某些实施方案中，顶层可以包括两种或更多种聚合物，其中所述聚合物在不同部分的热谱中具有高的发射率以及在至少一部分太阳光谱中具有电磁消光系数和高透射率。可以按质量比配制所述一种或多种聚合物，并且可以选择质量比使得顶层在至少一部分热谱中具有均匀并且高的发射率。可以将顶层形成为具有一个或多个阵列的一个或多个区域，所述阵列包括一个或多个脊和/或突起。顶层可以包括聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸和/或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。在某些实施方案中，在没有反射层的情况下，所述顶层可用于被动辐射冷却。在某些实施方案中，所述系统可用于日间被动辐射冷却。在某些实施方案中，反射层包括上层，所述上层包括金属并且具有大于约0.8的反射率和太阳光谱内第一波长范围中的第一电磁穿透深度和太阳光谱内第二波长范围中的第二电磁穿透深度，其中第二电磁穿透深度大于第一电磁穿透深度。反射层可以进一步包括下层，所述下层包括金属并且具有在第一波长范围中的比上层更低的反射率以及在第二波长范围中的比上层更高的反射率。第一波长范围可以不同于第二波长范围。所述上层可以具有近似大于或等于第一穿透深度并且小于第二穿透深度的厚度。在某些实施方案中，在第一波长范围中反射层的反射率大于在第一波长范围中下层的反射率并且在第二波长范围中反射层的反射率大于在第二波长范围中上层的反射率。上层可以包括银和/或下层可以包括铝。上层的厚度可以是从约5nm至约50nm。在某些实施方案中，系统可以进一步包括在反射层上方的保护层，所述保护层具有小于约10nm的厚度并且包括氧化铝和二氧化硅中的一种或多种。在某些实施方案中，该系统可用作独立的反射体以便反射在至少一部分太阳光谱中的辐射。在某些实施方案中，可以通过电镀、热气相沉积、电子束沉积或溅射技术来沉积反射层。在某些实施方案中，顶层可进一步包括一种或多种类型的纳米颗粒，其中每种类型的纳米颗粒在至少一部分热谱中具有比其它类型纳米颗粒(如果存在)和所述一种或多种聚合物更高的发射率，并且其中纳米颗粒在太阳光谱中具有近似为零的电磁消光系数和近似为零的吸收率。可以按质量比配制所述一种或多种聚合物和所述一种或多种类型的纳米颗粒，其中选择质量比使得在至少一部分热谱中顶层具有均匀并且高的发射率。所述一种或多种聚合物和所述一种或多种类型的纳米颗粒可以在至少一部分太阳光谱中具有在彼此10％以内的折射率。纳米颗粒可以包括碳酸钙、氧化铝、二氧化硅和氮化硅中的一种或多种。纳米颗粒可以具有小于约100nm的直径。如本文中所体现的，根据所公开的主题的用于辐射冷却的另一示例性系统包括顶层，所述顶层包括一种或多种聚合物和一种或多种添加剂，其中该一种或多种聚合物具有在至少一部分热谱中的高发射率并且该一种或多种添加剂具有在至少一部分太阳光谱中的大于约0.3的反射率。在某些实施方案中，所述一种或多种添加剂中的每一种在至少一部分太阳光谱中具有与其它添加剂(如果存在)和所述一种或多种聚合物不同的折射率。所述一种或多种添加剂可以包括二氧化钛、氮化硅、氧化锌、氧化铝、二氧化硅和气孔中的一种或多种。所述一种或多种聚合物可以包括聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。可以选择所述一种或多种添加剂的尺寸以增加入射太阳辐射的背散射以及增加在太阳光谱中的反射率。可以按质量比配制所述一种或多种聚合物和所述一种或多种添加剂，其中选择所述质量比使得该系统具有在至少一部分热谱中的高发射率和在至少一部分太阳光谱中的大于约0.5的均匀反射率。在某些实施方案中，该系统包括两种或更多种聚合物，其中每种聚合物在与其它聚合物不同的热谱部分中具有高的发射率以及在至少一部分太阳光谱中具有近似为零的电磁消光系数和高的透射率。该系统可以包括具有一个或多个阵列的一个或多个区域，所述阵列包括一个或多个脊或突起。该系统可以具有约5μm至约500μm的厚度。在某些实施方案中，顶层进一步包括纤维和/或织物。如本文中所体现的，根据所公开主题的用于辐射冷却的另一示例性系统包括顶层和设置在顶层下方的反差层(contrastlayer)，所述顶层包括一种或多种结构化的聚合物，其中所述顶层在至少一部分热谱中具有高的发射率，在至少一部分太阳光谱中具有近似为零的电磁消光系数，和在至少一部分太阳光谱中具有大于约0.5的反射率，所述反差层在至少一部分太阳光谱中具有比顶层的折射率更低的折射率。在某些实施方案中，反差层包括氟化钙、氟化镁、二氧化硅、硅酮、聚二甲基硅氧烷和气孔中的一种或多种。所述顶层可以包括含一个或多个阵列的一个或多个区域，所述阵列包括一个或多个脊和/或突起。在某些实施方案中，当前公开的系统的所述一种或多种聚合物可以是机械上强固的，具有化学结合或粘接性能，不渗透水和/或是抗腐蚀的。该系统可进一步包括邻近顶层的覆盖层。在另一方面，当前公开的主题提供了用于辐射加热的系统。用于辐射加热的示例性系统可以包括：顶层，所述顶层包括一种或多种结构化的材料并且在至少一部分太阳光谱中具有高的吸收率和在至少一部分热谱中具有小于约0.1的发射率；和下部层，所述下部层在至少一部分热谱中具有比顶层折射率更低的折射率。在某些实施方案中，顶层可包括硅、砷化镓和/或锗。在某些实施方案中，下部层可包括二氧化硅、氟化钙、氟化镁、聚二甲基硅氧烷和/或气孔中的一种或多种。顶层可以包括含一个或多个阵列的一个或多个区域，所述阵列包括一个或多个脊和/或突起。当前公开的系统可进一步包括基底。可以使用物理或化学气相沉积、光刻、电子束曝光、湿法刻蚀、反应离子刻蚀、3d打印、压印、喷涂、浸涂或旋涂中的至少一种或者通过使用涂敷器将顶层施加到基底。在某些实施方案中，顶层具有约5μm至约500μm的厚度。当前公开的主题进一步提供辐射冷却的方法。示例性的方法可以包括：提供顶层，所述顶层包括一种或多种聚合物，并且任选地进一步包括一种或多种类型的纳米颗粒，其中所述顶层在至少一部分热谱中具有高的发射率，以及在至少一部分太阳光谱中具有近似为零的电磁消光系数、近似为零的吸收率和高的透射率；和提供设置在顶层下方的包括一种或多种金属的反射层，其中所述反射层在至少一部分太阳光谱中具有高的反射率。用于辐射冷却的另一示例性方法可以包括提供顶层，所述顶层包括一种或多种聚合物和一种或多种添加剂，其中所述一种或多种聚合物在至少一部分热谱中具有高的发射率，并且所述一种或多种添加剂在至少一部分太阳光谱中具有近似为零的电磁消光系数以及在至少一部分太阳光谱中具有大于约0.3的反射率。用于辐射冷却的又一示例性方法可以包括：提供顶层，所述顶层包括一种或多种结构化的聚合物，其中所述顶层在至少一部分热谱中具有高的发射率，在至少一部分太阳光谱中具有近似为零的电磁消光系数以及在至少一部分太阳光谱中具有大于约0.5的反射率；和提供设置在顶层下方的反差层，所述反差层在至少一部分太阳光谱中具有比顶层折射率更低的折射率。当前公开的主题进一步提供辐射加热的方法。示例性的方法可以包括：提供顶层，所述顶层包括一种或多种结构化的材料并且在至少一部分太阳光谱中具有高的吸收率以及在至少一部分热谱中具有小于约0.1的发射率；和提供下部层，所述下部层在至少一部分热谱中具有比顶层折射率更低的折射率。附图简述图1描绘了根据所公开主题的辐射冷却系统的模拟吸收光谱。图2描绘了根据所公开主题的辐射冷却系统的实例反射率和发射率(即，1-反射率)光谱。图3提供了根据所公开主题的一个示例性实施方案的辐射冷却系统的示意图。图4描绘了可用于根据所公开主题的辐射冷却系统的反射层中的各种金属的模拟反射光谱。图5描绘了可用于根据所公开主题的辐射冷却系统的聚合物层中的两种不同聚合物以及这些聚合物的组合的实测发射率光谱。图6提供了根据所公开主题的另一示例性实施方案的辐射冷却系统的示意图。图7提供了包括纳米颗粒的根据所公开主题的另一示例性实施方案的辐射冷却系统的示意图。图8描绘了根据所公开主题的示例性实施方案的包括聚合物和多种类型的纳米颗粒的示例性顶层的模拟反射率和发射率光谱。图9描绘了与几种无机纳米颗粒相比较的几种有机聚合物的折射率n和消光系数κ。图10提供了包括纳米结构和微米结构的根据所公开主题的另一示例性实施方案的辐射冷却系统的示意图。图11描绘了具有各种直径的二氧化钛颗粒的模拟反射光谱。图12a-12b提供了在根据所公开主题的辐射冷却系统中的热传递的示意图。图12a提供了其中将该系统作为涂层施加到发热物体或结构的热传递的示意图。图12b提供了其中将该系统作为涂层施加到冷物体或结构的热传递的示意图。图13描绘了根据所公开主题使用涂敷器制造辐射冷却系统的方法。图14描绘了根据所公开主题制造辐射冷却系统的另一种方法。图15描绘了根据所公开主题制造辐射冷却系统的另一种方法。图16提供了根据所公开主题的实施方案的用于辐射冷却或加热的示例性系统的单元格的示意图。图17提供了根据所公开主题使用3d打印制造的用于辐射冷却的示例性系统的扫描电子显微图像。图18提供了图17的示例性系统的光学图像。图19描绘了根据所公开主题的用于辐射冷却的示例性系统的实测反射光谱，该系统由根据所公开主题的与图17和18中所示那些相似的具有三角形横截面的脊的阵列组成，与两个对照样相比较：玻璃基底和在玻璃基底上的薄聚合物。该反射光谱显示在太阳光谱中反射率显著增强并且在热谱中发射率(即，1-反射率)显著增强。图19中的插图是在可见光谱中的光学图像，显示用于辐射冷却的示例性系统比薄聚合物对照物亮得多。图20描绘了根据所公开主题的辐射加热系统的模拟吸收光谱。图21显示模拟结果以说明辐射冷却系统在增强日光反射率和热发射率方面的双重功能。该实例辐射冷却系统由与图17和18中所示那些相似的具有三角形横截面的脊的阵列组成。图22提供了作为在基底和类似于图17和18中所示那些的三角形脊的周期性阵列之间的间隙大小的函数的反射率的模拟谱线。图23a-23c提供了基于随机化阵列结构的模拟。图23a说明了三角形脊的三种示例性排列。图23b显示对于30种不同的随机脊阵列在垂直入射时模拟反射率与波长的关系。图23c提供了对30个模拟取平均的反射率谱线。图24a-24b提供了比较三角形脊和圆形脊的模拟。图24a说明了在模拟中使用的具有圆形横截面和三角形横截面的脊的阵列。图24b提供了在λ＝600nm(即可见光辐射)和13μm(即热辐射)时非偏振的入射光的模拟反射率谱线。其显示在太阳光谱中(在λ＝600nm的代表性波长处)，跨越入射角的整个范围三角形脊阵列的反射率均匀且显著地高于圆形脊阵列的反射率，并且在热辐射谱中(在λ＝13μm的代表性波长处)，三角形脊阵列和圆形脊阵列具有可比较的反射率值，这些值小于裸基底的反射率值(即，发射率大于裸基底的发射率)。图24c提供了以小(i)、中等(ii)和大(iii)的入射角在太阳辐射和三角形脊之间的相互作用的示意图。其显示在中等入射角范围内由于在三角形脊的底部平面处的全内反射，日光反射增强。图25描绘了具有和没有由类似于图17和18中所示那些的三角形脊的阵列组成的实例辐射冷却系统的基底的测量温度。图26a-26b描绘了实施例2的系统。图26a是系统的示意图而图26b是制成的系统的扫描电子显微镜图像。图27描绘了制造根据所公开主题的辐射加热系统的方法。图28a-28b显示了具有caco3纳米颗粒(图28a)相比于al2o3纳米颗粒(图28b)的辐射冷却系统的模拟反射光谱。图29提供了具有两种不同顶层厚度的系统的模拟反射光谱。详细说明当前公开的主题提供用于辐射冷却和加热的系统和方法。在某些实施方案中，该系统在太阳光谱中具有低的吸收率并且在热谱中具有高的发射率。作为替代，该系统可以在太阳光谱中具有高的吸收率，在较长波长(例如热谱)具有较低的吸收率。在其它实施方案中，该系统可以在宽广的波长范围(包括太阳光谱和热谱)内具有高的反射率。因此，可以将当前公开的系统用于各种应用中，用于辐射冷却和辐射加热两者。该系统的辐射特性(例如吸收率、发射率、反射率和透射率)将部分地取决于系统的材料和几何形状。可基于预期应用的期望辐射廓线来选择材料和几何形状。如本文中所使用的，“太阳辐射”是指横跨紫外线、可见光和近红外光谱的电磁辐射波长的范围，其中太阳的电磁辐射在穿过大气层后到达地球表面。因此太阳光谱包括具有从约350nm至约2.5μm的波长的电磁辐射。短语“太阳辐射”、“太阳波长”和“日光”可与“太阳光谱”互换地使用。“热谱”(thermalspectrum)是指横跨中红外光谱的电磁辐射波长的范围。在地球表面温度之上几百摄氏度以内的物体发出在热谱中的辐射。热谱因此包括具有约2.5μm至约30μm波长的电磁辐射。短语“热辐射”可与“热谱”可互换地使用。如本文中所使用的，术语“约”或“近似”意指在本领域普通技术人员所确定的特定值的可接受的误差范围内，其将部分地取决于如何测量或确定该值，即，测量系统的限制。例如，“约”可以意指给定值的至多20％、至多10％、至多5％和/或至多1％的范围。本文中关于材料或结构所使用的“吸收率”或“吸光度”是其在吸收以电磁辐射形式的能量方面的有效性。将完美黑体吸收体定义为具有一的吸收率。吸收率是波长的函数。如本文中所使用的短语“高吸收率”，当用于描述在一定波长范围内的材料或结构的特性时，其意指该材料或结构在该范围中具有大于约0.9的吸收率。如本文中关于材料或结构所使用的“发射率”或“发射度”是其在发射以电磁辐射形式的能量方面的有效性。将完美黑体发射体定义为具有1的发射率并且将完美非发射体定义为具有零的发射率。发射率是波长的函数。如本文中所使用的短语“高发射率”，当用于描述在一定波长范围内的材料或结构的特性时，其意指该材料或结构在该范围中具有大于约0.9的发射率。如本文中所使用的短语“均匀的发射率”，当用于描述在一定波长范围内的材料或结构的性质时，其意指该材料或结构在该范围内的发射率以该范围中最高发射率的至多10％变化。如本文中关于材料或结构所使用的“反射率”或“反射度”是从表面反射出的任何入射电磁辐射的分数。将完美反射体定义为具有1的反射率(和零的发射率)，并且将完美吸收体定义为具有零的反射率(和一的发射率)。反射率是波长以及相对于表面的反射角的函数。如本文中所使用的短语“高反射率”，当用于描述在一定波长范围内的材料或结构的性质时，其意指该材料或结构在该范围中具有大于约0.9的反射率。如本文中所使用的短语“均匀的反射率”，当用于描述材料或结构在某个波长范围内的性质时，其意指该材料或结构在该范围内的反射率以该范围中的最高反射率的至多10％变化。如本文中关于材料或结构所使用的“透射率”是透射穿过材料或结构的任何入射电磁辐射的分数。将不透明的材料或结构定义为具有零的透射率。如本文中所使用的短语“高透射率”，当用于描述材料或结构在一定波长范围内的性质时，其意指该材料或结构在该范围内具有大于约0.9的透射率。根据热辐射的基尔霍夫定律，吸收率等于反射率。此外，对于任何给定的材料或结构，通过方程ε+τ+r＝1将发射率(ε)、透射率(τ)和反射率(r)关联。因此，当材料是充分不透明时，透过其传输的光量可忽略不计(即τ近似为零)，并且该方程式简化为ε+r＝1。大气的红外透射窗口(作为替代本文中将其称为“大气透射窗口”)是电磁波谱内的如下波长范围：在该范围内大气透过从地球表面至外层空间穿过其厚度传播的辐射的超过80％。大气透射窗口因此包括具有从约8μm至约13.5μm波长的电磁辐射。如本文中所使用的短语“被动辐射冷却”，当与物体或结构结合使用时，意指其通过电磁辐射的本征发射的热量损失，即一种本身不需要额外能量的过程。例如，热量损失能够以热辐射的形式发生。“日间被动辐射冷却”是指在太阳下的物体通过辐射的净损失的被动冷却。当物体具有高的太阳辐射反射率和高的热辐射发射率时，日间被动辐射冷却可以产生。光谱复折射率是基于折射率n(λ)和消光系数κ(λ)，即，光谱复折射率是n(λ)+iκ(λ)。折射率确定从该材料和另一种材料之间的界面反射出多少具有波长(λ)的光，而消光系数确定该材料多么强烈地吸收或发射该波长的光。如本文中使用的“质量比”被定义为材料或结构的一些或所有组分的质量的比率。质量比是直接可转换成体积分数，该体积分数是指组分的体积比率，和关于材料或结构的体积的每种组分的浓度。材料的“电磁穿透深度”或“穿透深度”是电磁辐射在其强度以系数e降低之前能够在材料内行进的距离。穿透深度是波长和材料性质的函数。如本文中所体现的，用于被动辐射冷却的系统可以在太阳光谱中具有低的吸收率以及在热谱中具有高的发射率。例如，该系统可以在至少一部分大气红外透射窗口中具有高的发射率，从而允许外层空间充当发射辐射的热壑(heatsink)，其可以绕过地球的相对温暖的大气。为了说明的目的，图1提供了这样的系统的实例吸收光谱。如图1所示，该系统在太阳光谱中具有低的吸收率，即，从约350nm至约2.5μm。除了在太阳光谱中的低吸收率和在热谱中的高发射率之外，该系统可以具有在太阳光谱中的高反射率。例如，这样的高反射率可以由系统的顶层和/或下方反射层产生。因此，该系统可以有效地以热辐射形式散热以及反射任何入射太阳光。这样的系统可用于例如被动辐射冷却。为了说明的目的，图2提供三个这样的系统的实例反射率和发射率光谱。如图2所示，这些系统具有在太阳光谱中相对较高的反射率以及在热谱中较低的反射率(即，相对较高的发射率)，特别是在大气透射窗口中。为了说明而非限制的目的，图3是根据所公开主题的非限制性实施方案的系统的示意图。如图3所示，系统300可以包括处于堆叠配置的多个层。如本文中所体现的，系统300可以包括基底10。当存在时，基底10形成系统的基部，并且能为其它层提供平台。该系统的其它层(不包括基底)可被统称为“涂层”。该基底可以是惰性材料。在某些实施方案中，基底可以是物体或结构自身，即，可以将系统的附加层直接涂覆到物体或结构上以提供辐射冷却。在这样的实施方案中，基底可以是平滑物体以促进附加层的涂覆。可以用多个步骤涂覆所述附加层，或者可以使所述附加层一起成层然后一起施加到基底。在某些实施方案中，基底可以是刚性材料。例如而非限制，这样的材料包括二氧化硅和氧化铝。刚性基底可以为刚性系统提供支持，所述刚性系统能够以例如瓦片形式成层到结构上，以便提供辐射冷却。作为替代，基底可以是柔性材料。例如而非限制，这样的材料包括聚二甲基硅氧烷和聚偏氟乙烯。可以将柔性基底用于柔性系统中，例如所述柔性系统可被涂覆到不规则形状的结构上。如本文中所体现的并且继续参考图3，系统300可以包括邻近基底10的反射层20，如果存在的话。反射层能够反射入射的电磁辐射。例如，反射层能够使系统更适合日间被动辐射冷却。反射层也能够促进从基底的热传递。在某些实施方案中，反射层反射在至少一部分太阳光谱中的辐射。因此，如本文中所体现的，反射层能够具有在至少一部分太阳光谱中的高反射率。例如而非限制，反射层可包括金属的单层，如银或铝。如本文中所体现的，反射层也可以包括两个或更多个层，每个层包括一种或多种金属。例如，在某些波长下具有低反射率的平滑金属层可以通过在顶上层叠不同金属(该不同金属在那些波长下具有更高的反射率和小的电磁穿透深度)的薄膜使其反射率增强。如本文中所体现的，薄膜的厚度可以相当于或者大于其在那些波长下的电磁穿透深度，使得在那些波长下最少的入射辐射到达下方的金属层。因此，例如反射层可包括上层和下层。上层可以具有大于约0.8的反射率以及在至少一部分太阳光谱中的第一波长范围内的第一电磁穿透深度。例如，上层的第一电磁穿透深度可以是近似10nm。在至少一部分太阳光谱中的第二波长范围中，上层可以具有大于第一电磁穿透深度的第二电磁穿透深度。例如，上层的第二电磁穿透深度可以是近似20nm。下层可以在第一波长范围中具有比上层更低的反射率以及在第二波长范围中具有比上层更高的反射率。上层的厚度可以近似地大于或等于在第一波长范围内的第一电磁穿透深度并且近似地小于在第二波长范围内的第二电磁穿透深度。因此，在第一波长范围中的辐射将通常仅与上层相互作用。此外，反射层的反射率总体上可以大于在第一波长范围中下层的反射率但大于在第二波长范围中上层的反射率。以这种方式，在第一波长范围中反射层的总反射率将与该范围中上层的反射率近似相同。此外，第二波长范围中的辐射通常将被上层和下层两者反射，因此在第二波长范围中反射层的总反射率将接近该范围内下层的反射率。以这种方式，与上层或下层的组分之一单独相比，跨组合的第一和第二波长范围，双层反射层可具有增加的反射率。本领域普通技术人员将理解这一概念可扩展至具有三个或更多层的反射层，以及扩展至位于太阳光谱以外的波长范围。在特定的实施方案中，双层反射层可以具有包括银的上层和包括铝的下层。上层(即银)可以具有约5nm至约50nm的厚度。下层可具有比上层更大的厚度，例如大于约200nm。如图4中所说明，观察到该配置在太阳光谱中具有比单独采用银和铝的反射率大2-3％的反射率(取决于上层的厚度)。在某些实施方案中，反射层可以具有约50nm至约800nm的总厚度。反射层可单独形成并层叠到基底上，或者直接涂覆到基底上。例如，可以通过电镀、热气相沉积、电子束沉积、溅射技术或本领域已知的任何其它合适的技术形成反射层。普通技术人员将理解可以按替代方式形成反射层并将其用作独立的反射体。如本文中所体现的，系统300可以任选地进一步包括保护层，可以将所述保护层(如果存在时)设置在反射层20和顶层40之间。所述保护层能够例如在系统的制造期间和/或在没有顶层40的情况下保护反射层20。在某些实施方案中，保护层30可以具有小于约10nm的厚度。保护层可以由不显著减少反射层的反射率的材料形成。例如而非限制，这样的材料包括氧化铝和二氧化硅。例如，在第一和/或第二波长范围中，保护层可以是透明的。如本文中所体现的，可以设置顶层40邻近保护层，或者如图3中所示，邻近反射层20。顶层40在热谱中可以具有高的发射率。此外或者作为替代，顶层40可以在太阳光谱中具有高的透射率和可忽略的吸收率。顶层40可以具有约5μm至约500μm的厚度。可以基于系统300的期望辐射性能以及操作温度和辐射源选择顶层40的材料。因此，顶层40的材料可取决于系统300的预期用途。在某些实施方案中，顶层40可以包括聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸和聚乙酸乙烯酯中的一种或多种。本领域普通技术人员将理解每种聚合物在其组成原子之间具有各种化学键，所述化学键各自吸收和发射例如在热谱中的某些波长的电磁辐射。每种聚合物(基于其化学组成和原子排列)具有不同数目、排列和体积密度的这些键，因此具有在热谱中的特征发射率。许多这些化学键不吸收太阳光谱中的波长，并且包括但不限于聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的一些聚合物具有在热谱中的显著发射率以及在太阳光谱中的基本为零的吸收率。因此，为了期望的辐射特性，可以用适当的化学和物理结构来识别或定制合成聚合物。作为替代，在某些实施方案中，顶层可包括两种或更多种聚合物的组合。聚合物的某些配制物能够在热谱中展现出它们的特征发射率的组合，同时在太阳光谱中的波长下仍保持基本上不吸收和透明。例如而非限制，该原理示于图5中，该图说明了在铝箔上的聚合物配制物(“混合物”)和其组分聚合物(聚偏氟乙烯和聚乙酸乙烯酯)的发射率。该混合物显示出发射度峰，其中其组分中的一者或两者也具有峰。例如，在图5中，该混合物显示在约7.8μm处的发射度峰(聚乙酸乙烯酯在这里具有峰)、在约11.5μm处的发射度峰(聚偏氟乙烯在这里具有峰)和在约7μm处的发射度峰(两种聚合物在这里都具有峰)。如本文中所体现的，两种或更多种聚合物的组合中的每种聚合物可以具有在太阳光谱中的接近零的电磁消光系数(即高透明度)，使得该组合同样地具有接近零的电磁消光系数和高透明度。此外，所述聚合物中的每一种可以具有在至少一部分热谱中的高电磁消光系数(即发射度峰)。例如，每种聚合物可以具有在热谱的不同部分中的高电磁消光系数。本领域普通技术人员将理解电磁消光系数是材料的光谱复折射率的分量(component)。特别地，光谱复折射率是基于折射率n(λ)和消光系数κ(λ)，即，该光谱复折射率是n(λ)+iκ(λ)。折射率确定从该材料和另一种材料之间的界面反射出多少具有波长(λ)的光，而消光系数确定该材料多么强烈地吸收或发射该波长的光。如本文中所使用的短语“高的电磁消光系数”，当与材料和特定的波长范围结合使用时，其意指该材料在该波长范围中具有更高的电磁消光系数，相比于该材料在不同波长范围中的电磁消光系数而言。此外，本领域普通技术人员将理解在热谱中聚合物配制物的发射率可取决于至少三个因素：组分聚合物的光谱复折射率、它们彼此的混溶性以及它们的质量比。如果每种聚合物在热谱的不同部分中具有高的电磁消光系数，那么顶层40的总发射率将是所有的组分聚合物的发射率的组合。以这种方式，聚合物的组合可以在热谱的多个部分中具有高的发射率。配制物的光学均匀性可以取决于聚合物的混溶性，可以在理论上预测或者在实验上确定该混溶性。例如，组分越是易混溶，配制物的复折射率越是空间均匀。此外，可基于聚合物的峰值消光系数的相对值选择聚合物的相对量(即质量比)。以这种方式，可以确保跨大部分热谱的一致高的发射率而不过度使用任何特定的聚合物类型。例如，发射微弱但在某个波长下独特发射的组分聚合物在配制物中可具有较高的质量分数，相比于在其它波长下吸收更强烈的另一聚合物的质量分数。此外，组分的混溶性和涂层的机械完整性可本身取决于质量比，并且可以是配制物中质量比的次要决定因素。由于存在各种可用聚合物，能够获得跨热谱具有均匀热发射率的配制物。此外，可以选择聚合物的相对量以微调系统在热谱中的发射率。顶层40还可以包括一种或多种聚合物，基于机械和/或化学结合强度、对金属表面的粘附性、混溶性、抗腐蚀性和/或对水的不渗透性来选择所述聚合物。因此，可以使用顶层40内的一种或多种聚合物以保护反射层20的金属免受腐蚀。对于薄的顶层(即具有与热辐射波长相当的厚度的那些顶层)，热发射率也可以取决于顶层的几何形状。在特定的实施方案中，顶层具有从约5μm至约20μm的厚度。可以选择顶层的厚度以便捕获在具有在热谱内的某些波长的辐射，从而增加在这些波长下该层的发射率。取决于顶层的厚度以及聚合物和下方基底的复光谱折射率，顶层能够捕获并从而增加热谱的特定波长的光程长度。较长的光程长度允许在顶层内发射的光随着其在层内移动而获得更大的强度，从而增加系统的总体发射率。调节顶层的尺寸能够增强总体发射率，从而允许即使顶层具有小的厚度，涂层也是高度发射性的。类似地，可以通过用具有大体上三角形横截面的区域对顶层图案化来捕获热谱中的辐射。例如，如本文中所体现的，顶层40可以具有特定的几何形状以便在顶层内捕获特定波长的辐射。在某些实施方案中，顶层40可以包括一个或多个脊和/或突起的阵列。例如，并且参考图6中描绘的实施方案，顶层40可以包括由具有大体上三角形横截面的凸起部分形成的阵列。如本文中所使用的，短语“大体上三角形”意指该形状包括不一定是线性的三个相对的面，并且所述面在可以是成角度或圆形的顶点处连接。在顶层40上的这样的阵列可以包括脊和/或突起，它们可以具有三棱柱、角锥体或梯形的三维形状。如本文中所体现的，顶层40可以包括多个这样的凸起部分，这些凸起部分可以排列成行、栅格或其它图案从而形成所述阵列。在某些实施方案中，所述凸起部分的峰到峰宽度可以是约1μm至约15μm并且峰到谷高度可以是约1μm至约15μm。可以调整顶层40的几何形状以改变系统的热发射率。依照所公开的主题，使用具有这样的三角形要素的顶层能够增强系统在各种波长范围中的发射率特性。如本文中所体现的，可以通过物理或化学气相沉积、光刻、电子束曝光、湿法刻蚀、反应离子刻蚀、3d打印、压印、喷涂、浸涂、旋涂或者使用涂敷器或者通过本领域已知的任何其它合适技术将顶层40平滑地施加到反射层20、基底10或其它表面。本文中描述的顶层可以具有在热谱中的高发射率和在太阳光谱中几乎为零的吸收率，因此能够适合于要求太阳光高透射至下方基底的被动辐射冷却应用(例如窗户和其它镶嵌玻璃的建筑物外部，以及太阳能板)以及要求保持基底颜色的应用(例如屋顶时间和笔记本电脑以及其它电子设备的表面)。因此，本领域普通技术人员将理解可以独立于系统使用顶层40，例如没有反射层。然而，如果施加到具有高太阳光反射度的平滑金属表面上(例如如图3和6中的反射层)，透射的日光将大部分被金属反射。组合的结构可以具有在热谱中的高发射率和在太阳光谱中的高反射率两者(即对于两者均大于约0.9)，这可以适合于日间被动辐射冷却。顶层40可以进一步包括另外的特征。如本文中所体现的并且如图7中所说明的，顶层40可以任选地包括纳米颗粒60。本文中可互换地使用术语“纳米颗粒”和“纳米结构”。例如，纳米颗粒60可包括氮化硅(sinx)(例如si3n4)、氧化铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)、碳酸钙(caco3)和/或它们的组合。纳米颗粒的使用能够增加在热辐射范围中的发射率。以这种方式，纳米颗粒的使用能够增强在热谱中顶层的发射率，并且顶层可以比没有纳米颗粒的实施方案更薄且同时保持相似的性能。例如，具有纳米颗粒的顶层可具有约5μm至约10μm的厚度。为了说明的目的而非限制，图8显示了含有以0.8612:0.01735:0.01735:0.0694:0.0347体积比的聚二甲基硅氧烷和caco3、sio2、si3n4和al2o3纳米颗粒的5μm厚顶层的模拟反射率。如图8中所示，具有纳米颗粒60和反射层20的系统可以具有在太阳光谱中的相对较高的反射率以及在热谱中的较低反射率(即相对较高的发射率)，特别是在大气透射窗口中，这可以适合于日间被动辐射冷却。如本文中所体现的，可以选择顶层的组分(即聚合物和纳米颗粒)的材料、尺寸和质量比以获得期望的辐射特性。例如，可基于关于上述聚合物组合应用的相同考虑，选择纳米颗粒并且调整它们的比率以实现跨热谱的高发射率。例如，几种无机材料(包括但不限于碳酸钙(caco3)、氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)和氧化铝(al2o3))具有比聚合物显著更高的电磁消光系数，并且在热谱中的不同波长下，作为它们的特征声子谐振的结果。这在图9进行说明，该图显示与几种无机纳米颗粒相比的几种有机聚合物的折射率n和消光系数κ。因此，可以选择一种或多种类型的纳米颗粒和一种或多种聚合物的质量比以实现跨热谱的一致高的发射率，同时最少化顶层中的纳米颗粒量。如本文中所体现的，可以选择纳米颗粒以保持下方反射层(如果存在时)的高太阳光反射率。纳米颗粒的选择可以基于例如在太阳光谱中材料的复折射率以及纳米颗粒的尺寸。例如，在太阳光谱中纳米颗粒的消光系数可近似为零。对于其它实例，在太阳光谱中材料的折射率可以是相似的以便使散射最小化，例如在至少一部分太阳光谱内彼此的10％。此外，对于那些折射率，纳米颗粒可以充分小(例如直径小于约100nm)以最小化光学散射，该光学散射能够将太阳光捕获在顶层内并且引起反射层20在太阳光谱中的吸收增加。如本领域普通技术人员将理解的，不能通过热辐射将小的纳米颗粒与聚合物基体区分，因为热辐射的波长大于颗粒的至少25倍。因此，对于这样的波长，顶层和纳米颗粒表现为如同单一、高度发射性的相并且产生有效介质。在某些实施方案中，使用较小的纳米颗粒(例如具有小于100nm的直径)。在特定的实施方案中，纳米颗粒具有约20nm、25nm或30nm的直径。通过使用较小的纳米颗粒，纳米颗粒所致吸收的有效横截面积增加，相比于具有相同总吸收体积的较大纳米颗粒而言。此外，顶层40中的纳米颗粒60的浓度可以根据纳米颗粒和顶层的发射率性能而变化。例如，对于在热谱中(其中纳米颗粒的折射率和顶层中聚合物的折射率之间也存在大的差异)具有低电磁消光系数的纳米颗粒，可以增加纳米颗粒的浓度以增加吸收率。例如，纳米颗粒:聚合物体积浓度可以是近似1:1。作为替代或作为补充，并且如本文中所体现的，该系统可以进一步包括一种或多种另外的添加剂(例如纳米结构和/或微米结构)以增强在太阳光谱中的反射率。在某些实施方案中，所述一种或多种添加剂在至少一部分太阳光谱中可以具有大于约0.3的反射率。例如，除纳米结构60之外可以提供微米结构70，例如图10中所描绘的。可以使用在太阳光谱中展现处高的背散射的纳米结构和微米结构以提供在太阳光谱中增加的反射率(例如大于约0.95)同时保持在热谱中增加的发射率(例如大于约0.95)。因此，这样的系统可用于被动辐射冷却。此外，这样的系统可具有厚度小于20μm的顶层。可选择纳米结构和微米结构的材料、尺寸和质量比以获得在太阳光范围中的高反射率。例如，对于太阳光谱中的波长，所述纳米结构和/或微米结构的电磁消光系数κ可以近似为零。另外，所述纳米结构和/或微米结构以及聚合物的折射率n可以在太阳光谱的一个或多个部分中彼此不同以增强散射。对于给定的折射率，可以选择纳米结构和/或微米结构的尺寸使得入射的太阳辐射由于米氏(mie)谐振而向回散射进入外部环境。因此，纳米结构和/或微米结构可以包括在太阳光谱中具有高折射率的材料，例如但不限于：二氧化钛、氮化硅、氧化锌、二氧化硅和氧化铝。在某些实施方案中，多个纳米结构和/或微米结构可以具有不同的尺寸以背散射不同波长的光。这些材料可以与具有较低折射率的材料(例如二氧化硅、聚偏氟乙烯和硅酮)结合使用。作为补充或作为替代，添加剂可包括一个或多个认为引入的气孔。此外，为了增强宽广范围的太阳辐射的背散射，可以使用不同尺寸的纳米结构和/或微米结构，例如，如图11中关于二氧化钛颗粒所模拟的。以这种方式，可以使用纳米结构和/或微米结构以创建在太阳光谱的宽频带范围内具有高反射率的顶层。如上所述，可以使用在热谱中也是发射性的材料例如二氧化硅、氧化铝和聚合物基体组分以创建在热谱中具有高发射率的顶层。实际上，较大的结构(例如微米结构)也可以使热辐射向侧面散射进入顶层，从而增加光程长度和发射率。此外，如前所述，可以使用以及可以选择一种或多种聚合物，例如为了它们的机械和化学结合强度和抗腐蚀性。此外，可以将纤维(例如纤维素纤维)和织物(例如尼龙织物)纳入顶层中。纤维素纤维能够以相对较小的代价机械强化顶层并且/或增强太阳光的背散射。此外，将上述原因考虑在内，可以调整每种组分的质量比以获得最佳的光学、机械和化学性能同时最小化每种组分的使用。因此，根据系统1000的期望性能，可改变顶层40的几何形状、材料和其它特征以微调反射率和发射率。因此，考虑操作温度、辐射源和黑体温度，可以改善辐射冷却系统的性能。如图6中所示，该系统可以进一步包括覆盖层50。可以在顶层40上方设置覆盖层50。如上所述，覆盖层50因此能够保护顶层40，特别是顶层被图案化的地方。当纳米颗粒和/或涂层存在时，覆盖层50可以提供稳定性和对顶层40的保护以确保纳米颗粒和/或涂层保留在适当的位置。覆盖层50可以由任何合适的材料制成，例如而非限制：聚二甲基硅氧烷和/或聚甲基丙烯酸甲酯。在某些实施方案中，覆盖层50可以具有与顶层40相似的辐射特性。如本文中所体现的，覆盖层50可以具有一种或多种不同于顶层40的聚合物。如图6中所示，覆盖层50的几何形状可以与顶层40的几何形状相兼容，使得其适合处在由顶层形成的任何谷和/或沟槽内。覆盖层50在其最高点处的厚度可以为约2μm至约15μm或约4μm至约8μm。在某些实施方案中，顶层40可以是悬浮的。使顶层40悬浮能够通过在顶层内产生米氏谐振而提供增加的反射率。例如，可以去除保护层30和/或反射层20和/或基底10的一部分以便在系统300中产生间隙。如本文中所体现的，该系统可用于被动辐射冷却，包括日间被动辐射冷却。例如，可以将该系统作为涂层施加至发热的物体或结构(例如交通工具或受热的机器、仪器或器件)。对于这样的应用，具有增强的热传导的薄系统可以是有益的。图12a提供了在这样的应用中热传递的示意图。如图12a所示，热量可快速传导通过该系统并且由此发射到更冷的外部环境。另外，该系统能够反射入射的太阳光。作为替代，可以将该系统作为涂层施加到冷的物体或结构，如图12b中图解显示。在这样的应用中，可以邻近该系统设置绝缘层以使物体或结构与该系统传导的任何热量隔绝。另外，该系统能够反射入射(incidental)的太阳光。当前公开的主题还提供制造用于辐射冷却的系统的方法。例如，可以例如使用涂敷器或者通过本领域中已知的喷涂、刷涂、浸涂和旋涂将该系统直接层叠到基底上。作为替代，可以例如通过掩模层图案化直接制造该系统。作为替代，可以例如使用模具压印该系统。为了说明的目的而非限制，在图13中描绘了制造辐射冷却系统的一种示例性方法。如图13中所示，可以使用涂敷器以将顶层层叠到基底上。可以将顶层的材料分散或溶解在一些液体中。诸如搅拌和超声处理的技术可适用于将颗粒和聚合物均匀地分散在液体中。如图13中所示，在涂敷器和基底之间可存在可调节的间隙，可以使用其来控制顶层的厚度。另外，顶层的厚度将取决于聚合物材料的液体混合物的粘度和涂敷器的速度。该过程可用以制造预涂覆的结构，例如金属屋顶和电子器件的表面。为了说明的目的而非限制，在图14中描绘了制造辐射加热和冷却系统的示例性方法。如图14中所示，基底10、任选地反射层(未示出)、保护层30(如果存在时)和顶层40可以是分层的配置。可以通过本领域中已知的任何合适方法来实现这种分层。此外，可将聚甲基丙烯酸甲酯层70施加在顶层40的表面上。聚甲基丙烯酸甲酯层70可以由另一种合适的材料形成，如本领域中已知的。方法1400可以包括图案化1401。例如，可利用电子束曝光使聚甲基丙烯酸甲酯层70图案化以暴露顶层40的一部分。方法1400可以进一步包括溅射1402。因此，可以将tio2的薄膜溅射到聚甲基丙烯酸甲酯层70以及顶层40的暴露表面上以产生掩模80。方法1400可以进一步包括刻蚀1403。可以例如通过各向异性湿法刻蚀来刻蚀顶层40。例如，可以使用koh执行湿法刻蚀。任选地，可以将顶层40悬浮在基底10上方。因此，在某些实施方案中，方法1400可进一步包括二次刻蚀1404。如图14中所示，可以刻蚀保护层30的一部分以便产生介于基底10和顶层40之间的间隙。例如，可以使用湿法刻蚀和临界点干燥进行二次刻蚀过程。在某些实施方案中，可以使用氢氟酸(hf)进行湿法刻蚀。在替代性的实施方案中，可以使用压印技术(例如利用固体模)形成该系统。为了说明的目的而非限制，在图15中描绘了制造辐射加热和冷却系统的另一种示例性方法。如图15中所示，方法1500可以包括提供基底1501。在某些实施方案中，可以将上述的反射层(未画出)层叠到基底10上。例如，可以使用热气相沉积或电子束沉积施加反射层。方法1500可以进一步包括施加保护层和/或顶层1502。可以将保护层30刮涂或旋涂到基底10(或反射层，如果存在时)上。在施加保护层30之后，可以将保护层与基底10一起烘烤以使保护层30的材料固化。此外，可以在保护层30之上施加顶层40。可以将顶层40刮涂或旋涂到保护层30上。在某些实施方案中，可以部分地烘烤顶层40。在顶层40包括纳米颗粒的那些实施方案中，在将顶层施加到保护层30之前可以将纳米颗粒引入顶层的材料中。例如，为了确保顶层40具有高浓度的纳米颗粒，可以将顶层的材料和纳米颗粒在溶剂中的稀溶液浓缩到期望的水平。可以将溶剂蒸发，并且可以将混合物用于顶层40。方法1500可以进一步包括使用模具1503压印顶层40。可以使用湿法刻蚀、3d纳米印刷、聚焦离子束磨蚀或其它合适的方法形成模具。在某些实施方案中，使用结合图14上文所述的技术形成模具。压印可将顶层40形成为期望的几何形状。方法1500可以进一步包括去除模具1504。可以将顶层40连同保护层30和基底10一起充分烘烤以固化顶层。可以在烘烤之前或之后去除模具。在某些实施方案中，可以在部分地烘烤顶层之后去除模具。方法1500可以任选地进一步包括涂覆顶层1505。例如，可以用反射和/或吸收涂层45涂覆顶层40，所述反射和/或吸收涂层反射和/或吸收期望范围内的辐射)。可以使用物理气相沉积施加涂层。方法1500可进一步包括施加覆盖层1506。覆盖层50可以涂覆在顶层40和涂层45(如果存在时)上方。如本文中所体现的，可以在制造当前公开的系统时向顶层中引入气孔。例如，可通过在含有聚合物材料的液体混合物中添加不混溶的液体来引入气孔。在施加顶层之后，所述不混溶液体可作为小液滴存在于系统内。当顶层已凝固时，可以将所述不混溶液体烤干从而在顶层中留下孔隙。除上述的用于辐射冷却的系统之外，用于辐射冷却的系统可以包括由结构化的聚合物形成的顶层。为了说明的目而非限制，图16提供了依照所公开主题的支承在反差层85和基底90上的实例结构化聚合物80的单元格的横截面。所述结构化聚合物可以具有在太阳光谱中的高反射率以及在热谱中的高发射率。如本文中所体现的，所述结构化聚合物可以具有在太阳光谱中的较低吸收率和在热谱中的高吸收率。因此，当结构化为某些形状时，例如上述的包括脊和/或突起的阵列，基于太阳光谱中的米氏谐振，顶层充当宽频带反射体。另外，基于顶层的几何形状和组分聚合物的固有吸收性能，顶层可充当在热谱中的抗反射材料。结果，顶层能够强烈地吸收热谱中的辐射，并且因此是热辐射的良好发射体。由于组合的在太阳光谱中的高反射率和在热谱中的高发射率，这样的结构化聚合物能够有效地将顶层下方的基底、物体或结构维持在低温。当存在时，反差层85可包括氟化钙、氟化镁、二氧化硅、聚二甲基硅氧烷和气孔中的一种或多种。可以使用纳米制造技术和压印技术(类似于上述的那些)或者本领域已知的任何其它合适技术来制造结构化的聚合物80。作为替代，可以使用市售的高分辨率3d打印技术(例如基于双光子聚合)制造结构化的聚合物。例如由具有大体上三角形横截面的许多脊组成的结构化聚合物可以由光刻胶聚合物制成。可以在不同位置处使用支承柱在结构化聚合物下方产生一个或多个空气隙。为了示例性目的，图17和图18说明这样的配置，图17提供使用基于光刻胶聚合物的双光子聚合作用的3d打印制造的示例性系统的图像，图18提供该示例性系统的光学图像。因此，可使所述结构化聚合物支承在基底上，该基底可以是要冷却的物体。使用这样的结构化聚合物能够增强在太阳光谱中的反射率同时也增强在热谱中的发射率。例如，图19提供了使用上述3d打印技术制造的结构化聚合物的反射率，相比于两种对照样品：玻璃基底和玻璃基底上的薄聚合物。反射率的逆数(即1-r)是吸收率或发射率。如图19中所示，玻璃基底本身在太阳光谱中具有低的反射率，并且在超过7.5μm的波长下具有差的发射率。在9μm波长附近发射率特别低，在该波长处玻璃具有能增加反射率和降低发射率的强烈声子谐振。此外，玻璃上的聚合物同样地在太阳光谱中具有低反射率并且在热谱中具有仅略微较好的发射率，例如在9μm波长附近。相比之下，所述结构化聚合物在太阳光谱中具有比任一对照物显著更大的反射率并且在热谱中具有更大的发射率。因此，可以将这样的结构化聚合物用于辐射冷却。在其它方面，当前公开的主题进一步提供在太阳光谱中具有高的吸收率、在较长波长(例如热谱)下具有较低吸收率的系统。以这种方式，该系统能够吸收太阳光谱中的电磁辐射，例如入射太阳光。此外，该系统将是差的黑体辐射体，并且不会有效地散热。这样的系统可用于例如被动辐射加热或热采集。如本文中所体现的，用于辐射加热的系统可以具有与上述用于辐射冷却的系统类似的结构和配置。然而，系统的材料和/或几何形状可以变化以增强在太阳光谱中的吸收率以及减少热谱中的发射率。系统可以由关于结构化聚合物具有图16中所示的总体配置的三个层的一个或多个单元形成。因此，系统可包括由具有大体上三角形横截面(例如脊和/或突起)并且排列成阵列的单元形成的至少一个层。这三个层可以包括有结构化材料的顶层、下方反差层和基底，该基底可以是待加热的和/或将储存任何捕获热量的物体或结构。对于辐射加热应用，图16中的顶层80可以具有在太阳光谱中的高吸收率和在热谱中的较低发射率。顶层80可设置在下方反差层85上方并与其邻近，所述反差层85包括具有比顶层80更低的折射率的一种或多种材料。例如而非限制，用于顶层80的这样的材料包括锗、砷化镓和硅，并且用于下方反差层85的材料包括氟化钙、氟化镁、二氧化硅、硅酮、聚二甲基硅氧烷和气孔。作为补充或作为替代，下方反差层85可以包括气孔。该反差层产生与顶层的折射率反差，从而能贯穿太阳光谱和/或热谱产生的一个或多个米氏谐振。在太阳光谱中，与顶层中所用材料的吸收性能耦合的米氏谐振增强在太阳光谱中的吸收率。在顶层80不吸收辐射的热谱中，米氏谐振可充当宽频带反射体，其中不同的谐振模结合从而跨热谱(包括大气透射窗口)产生增强的反射率。在热谱中的高反射率可导致在该范围中的低吸收率以及因此导致低的发射率，其表明经由热黑体辐射穿过顶层80的低效率的热耗散。由于结合的高太阳吸收率和低的热发射率，可使用这样的系统以便利用太阳辐射将物体被动加热至比其周围环境更高的温度，从而将太阳辐射转变为热能。为了举例的目的而非限制，在用于辐射加热的系统的特定实施方案中，顶层80可以具有约10μm的厚度。下方反差层85可以具有约2μm的厚度。顶层80和下方反差层85可支承在基底(例如硅基底)上。基底可以具有约500μm的厚度。图20显示这样的实施方案的模拟吸收光谱。该光谱显示在太阳光谱中的相对较高的吸收率，在热谱中具有低的吸收率(或发射率)。可以使用上述或本领域已知的任何合适技术制造用于辐射加热的系统。可以使用一系列光刻技术和/或湿法刻蚀技术将顶层80制造为具有大体上三角形的横截面。例如，图27说明示例性的制造技术。如图27中所示，可以在非图案化的顶层上使用光刻或电子束曝光来图案化掩模例如si3n4。例如可以使用koh刻蚀顶层，并且可以去除掩模以显露图案化的顶层。作为替代或作为补充，可以使用压印技术制造该系统以产生期望的表面几何形状。对于此类系统的大规模制造，可以通过卷到卷工艺缩放这些过程中的任一个。应注意的是本文中所述的系统仅仅是能够实现极薄聚合物层的期望的光学性质(例如跨太阳光谱和热谱的吸光度、发射度和反射度，视情况而定)的系统的例证。有可能将顶层制造得更厚(例如500μm或更高)同时保持类似的光学性能。当前公开的主题的方法和系统提供了优于某些现有技术的优点。示例性的优点包括能够基于操作条件和辐射源进行微调的用于辐射加热和冷却的改良技术。此外，与某些其它的技术相比，当前公开的系统和方法中使用的材料可以相对廉价和环保的，并且形成系统的制造技术可以是比较简单和可扩展的。在某些实施方案中，当前公开的系统可以基于柔性涂层并且可以使用卷到卷技术来制造。提供以下实施例以更充分地说明所公开的主题，但不应解释为限制其范围。实施例实施例1：在由具有三角形横截面的脊的阵列组成的辐射冷却系统中的增强的光学反射和热耗散进行时域有限差分(fdtd)模拟，以证明脊阵列的三角形横截面在增强太阳光谱中的反射率方面的功能性意义(图21-24)。在图21中，顶部图片显示了辐射冷却系统的反射光谱，所述辐射冷却系统由具有与图17和18中所示那些相似的三角形横截面的脊的阵列组成。光谱显示在太阳光谱中增强的反射率(归因于在各个脊中的米氏谐振)和在热谱中增强的发射率(即降低的反射率)，因为脊阵列充当在热谱中的抗反射涂层。左下图片显示在单个三角形脊周围的模拟光强度分布(即光的电场分量的平方)，其示出在三个示例性米氏谐振下太阳光的强烈背散射和以及相应地显著降低的日光透射。右下图片显示在单个三角形脊周围的模拟光强度分布(即光功率)，其示出热辐射透射穿过脊阵列而没有大的反射，这对应于增强的热发射率。图22提供了随基底和与图17和18中所示那些相似的三角形脊的周期性阵列之间的间隙尺寸变化的反射率的模拟光谱。其显示当间隙尺寸增加时日光反射率增加。在物理上，三角形脊和基底之间的近场耦合降低米氏谐振的强度。这种近场耦合效应随着间隙尺寸增加而变得更弱。当脊和基底接触时(即间隙尺寸＝0)反射率非常小。图23a-23c提供基于随机化阵列结构的模拟。光谱显示在太阳光谱中的反射率的显著增强以及在热谱中的反射率的降低(或发射率的增加)。随机化、分层结构和相邻脊之间的耦合导致太阳光反射率的宽频带增强。图24a-24c显示了比较具有相同横截面积的三角形脊和圆形脊的反射特性的模拟。虽然在两种情形中在垂直入射时反射率的增强是相当的，但三角形脊在较高入射角时产生额外的增强(图24b)。尽管在圆形脊和三角形脊中都发生相似强度的米氏散射，但在后者中在脊的底部小平面处的全内部反射(图24c)进一步显著增强反射率。进行热力学测试以论证该辐射冷却系统。使用高功率氙灯来模拟在海平面处的太阳光谱分布，和使用热电冷却的高发射率金属板来模拟具有其低等级黑体辐射的晴朗天空。在细线上悬挂辐射冷却系统以降低热传导。比较具有和没有辐射冷却系统的样品。与移除辐射冷却系统的相同样品相比，配备辐射冷却系统的样品能够维持显著更低的稳态温度(图25)。实施例2：辐射加热系统的制造在这个实施例中，由市售的绝缘体上硅(soi)晶片(图26a-26b)制造系统。图26a示出该系统的示意结构并且图26b是所制造结构的扫描电子显微镜图像。将sio2层叠在硅基底之上，并且通过具有三角形横截面的硅脊阵列将其覆盖。图27说明了制造工序，其基于光刻和湿法刻蚀，以产生图26中所示的结构。实施例3：辐射冷却系统的2d模拟在这个实施例中(图28中所示)，对各种配置和材料进行2d模拟。对于下列模拟中的每一个，反射层是厚度为300nm的银并且保护层是厚度为50nm聚甲基丙烯酸甲酯。在第一个模拟中，脊阵列(图28中仅示出一个脊)由氧化硅形成，用含有分散的caco3纳米颗粒的聚甲基丙烯酸甲酯对其涂覆。图28a示出模拟的吸收光谱。在比较性模拟中，脊阵列由氧化硅形成并且用含有分散的al2o3纳米颗粒的聚甲基丙烯酸甲酯对其涂覆。图28b示出比较性模拟的模拟吸收光谱。如图28b中所示，该比较性模拟相对于图28a在热谱的不同部分中具有不同的吸收率。这些模拟证明了在顶层中使用各种纳米颗粒来调节光谱发射率的可行性。本领域普通技术人员将理解通过改变聚合物和纳米颗粒的质量比，有可能调节涂层的发射率以适应不同的应用。图9示出对于各种类型纳米颗粒的复光学折射率n和κ值。如图9中所示，每种类型的纳米颗粒跨热谱具有不同的电磁消光系数，使得它们适合于在热谱中的不同波长下以及在更长波长下增强吸收率。表1汇总了关于每种类型的纳米颗粒的这些波长。聚甲基丙烯酸甲酯(顶层本身)在约6μm和约8μm下显示出增强的吸收率。因此，可以将各种类型的纳米颗粒组合以增强跨更宽范围波长的吸收率。表1纳米颗粒类型波长caco37μmsio29μmsi3n411-13μmal2o313-16μm图29比较了具有混合的si3n4和caco3纳米颗粒以及1.5μm和3.0μm的顶层厚度的系统的反射光谱。在混合物中使用相等数量的每种类型的纳米颗粒。这些光谱说明层厚度能够非线性地影响吸收。例如，在约5.8μm时，较厚的系统显示更大的吸收率，而在8.4μm时，较薄的系统显示更大的吸收率。这可能是因为具有1.5μm顶层的系统具有的总厚度非常接近于从层间界面反射的光的相消干扰所要求的λ/4值。***除了所描绘和要求保护的各种实施方案之外，所公开的主题也针对于具有本文中所公开和要求保护的特征的其它组合的其它实施方案。因此，可将本文中提出的特定特征以所公开主题范围内的其它方式互相组合，使得所公开的主题包括本文中公开的特征的任何合适组合。已经出于说明和描述的目的给出了所公开主题的具体实施方案的以上描述。其并不意图是穷尽的或者将所公开的主题限制于所公开的那些实施方案。本领域技术人员将清楚，在所公开主题的系统和方法中可以进行各种修改和变化而不背离所公开主题的精神或范围。因此，意图是所公开的主题包括处在所附权利要求和它们的等同物的范围内的修改和变化。当前第1页12