[發明專利]漸變折射率膜系

有效

• 申請號: 201911070596.1
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN111060993B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 胡超權;張成超;田宏偉;鄭偉濤
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00
• 代理公司: 北京和聯順知識產權代理有限公司 11621
• 代理人: 徐冬冬

本發明提供一種漸變折射率膜系，通過選擇適當介質、相變材料設計多層漸變折射率膜系，其通式為介質層1/介質層2/…/PCM?1/PCM?2/PCM?3/…/襯底，PCM?1/PCM?2/PCM?3/…的折射率均不同，且PCM?1/PCM?2/PCM?3/…的折射率由小到大形成漸變狀態，通過電磁場仿真模擬研究膜系參數n、k和d對膜系發射率的影響，獲取最優化膜系參數，本發明通過對漸變折射率膜系施加電或熱的外加激勵主動地調整被偽裝目標在3?5μm和8?12μm兩個大氣透射窗口的輻射強度，使目標與周邊環境的熱輻射功率一致，從而實現紅外隱身的要求；同時，本發明提供的結構設計方法為非易失的、雙波段紅外發射率主動調制涂層的制備提供理論支持，同時獲得的高性能涂層是熱管理涂層的理想候選材料。

技術領域

本發明涉及非易失的、雙波段紅外發射率主動調制涂層的結構設計領域，具體為一種漸變折射率膜系。

背景技術

紅外發射率主動調制涂層是通過控制適當的外加激勵從而實現靈活、準確調制紅外發射率狀態的功能涂層。紅外發射率主動調制涂層對需要控制目標紅外輻射的應用具有極大的影響，如紅外偽裝涂層、熱管理涂層及建筑物的節能裝置等領域。理想的紅外發射率主動調制涂層材料需要同時滿足多項性質指標，具體包括：(1)在3-5μm和8-12μm兩個大氣透射窗口具備高的發射率調諧量，以匹配不同背景的輻射熱特征，實現更好的隱匿。(2)具有非易失性。非易失性是指在撤去激勵源情況下可以長時間保持發射率狀態的能力。選擇非易失性材料，不僅耗能低而且可防止激勵源產生的熱信號暴露目標。(3)高發射率與低發射率的切換速度快，響應時間短。在復雜多變的環境下，在3-5μm和8-12μm波段內同時進行發射率主動調制，才能實現軍事目標最好的隱匿效果。為了進一步推動軍事和航空航天技術的發展，研發出綜合性能更優異的非易失的、雙波段紅外發射率主動調制涂層材料是一個亟待解決的問題。

目前為止，非易失的、雙波段紅外發射率主動調制涂層的技術難點在于缺少可資借鑒的相關方法和技術，具體表現在：(1)盡管研究者注意到硫系相變材料(PCMs)是一種綜合性質優異的非易失紅外發射率主動調制涂層材料，但所報道的PCMs基的膜系僅能單獨在3-5μm或8-12μm波段里實現較高的發射率調諧量，如何在3-5μm和8-12μm大氣透射窗口波段同時實現發射率從低到高的調制尚沒有實現。硫系相變材料(PCMs)指的是至少含有一種硫族(第VI主族)元素，在適當的熱激勵作用下能夠從非晶態快速轉變為結晶態的合金材料。(2)雖然現有的靜態紅外發射率涂層可以實現在3-5μm和8-12μm大氣透射窗口波段高發射的性能要求，但無法實現在兩個大氣窗口內發射能力的主動調控。

發明內容

本發明的目的在于同時解決上述兩個技術難點，提供一種漸變折射率膜系。

為實現上述目的，本發明通過以下方案予以實現：

一種漸變折射率膜系，通過選擇適當介質、相變材料設計多層漸變折射率膜系，其通式為介質層1/介質層2/…/PCM-1/PCM-2/PCM-3/…/襯底，PCM-1/PCM-2/PCM-3/…的折射率均不同，且PCM-1/PCM-2/PCM-3/…的折射率由小到大形成漸變狀態，獲取最優化膜系參數n、k和d，n、k和d分別代表各層材料的折射率、消光系數和膜厚。

優選的，襯底選用單晶Si；介質層1選用Al₂O₃材料，其厚度為800nm；介質層2選用ZnS材料，其厚度為600nm；PCM-1選用氮摻雜Ge₂Sb₂Te₅材料，其厚度為12nm；PCM-2選用Ge₂Sb₂Te₅材料，其厚度為20nm；PCM-3選用Ge₁Sb₂Te₄材料，其厚度為40nm；PCM-4選用Ge₂Sb₂Te₄材料，其厚度為40nm；PCM-5選用GeTe材料，其厚度為500nm。