[發明專利]一種紅外光譜選擇性低發射率材料的設計與制備方法

在審

• 申請號: 202110068134.7
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112882227A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 張偉鋼;呂丹丹
• 申請（專利權）人: 滁州學院
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B1/00;G02B5/28;G02B5/26;F41H3/00
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務所 32305
• 代理人: 劉林

本發明涉及一種紅外光譜選擇性低發射率材料的設計與制備方法，以Ge和Si作為高折射率介質材料，以TiO₂和SiO₂作為低折射率介質材料，以石英基片作為基材，先通過理論設計得到一維異質結光子晶體結構，其周期數為4～6周期，Ge層、TiO₂層、Si層和SiO₂層的厚度分別為0.60～0.80μm、1.1～1.5μm、0.27～0.32μm和0.67～0.72μm；再采用光學鍍膜機(電子束沉積)制備一維異質結光子晶體，各種介質材料的沉積速率分別為0.2～0.5nm/s(Ge)、0.5～0.8nm/s(TiO₂)、0.2～0.5nm/s(Si)和0.5～0.8nm/s(SiO₂)，石英基片的溫度為220～280℃，光學鍍膜機沉積腔內的真空度為0.9×10^?3～1.0×10^?3Pa，沉積過程的加速電壓及電流分別為5～8kV和22～26mA。本發明有效解決實現目標低紅外發射率和散發發熱部件熱量之間的矛盾，從而大大提高目標的紅外隱身效能。

技術領域

本發明涉及一種紅外光譜選擇性低發射率材料的設計與制備方法，其屬于功能材料技術領域。

背景技術

各種戰機、導彈等飛行器由于熱動、氣動加熱會在3～5μm及8～14μm紅外大氣窗口波段產生遠高于背景的紅外輻射強度而易被高靈敏度紅外探測設備和紅外制導武器發現并摧毀，嚴重威脅到軍事目標的安全。因此，降低和削弱敵方紅外探測設備效能的紅外隱身技術是提高飛行器戰時生存能力的重要手段，已引起國內外學者的廣泛關注。采用低紅外發射率材料是目前公認的可實現目標紅外隱身的最行之有效的技術方法。現已報道了納米復合薄膜、單層(多層)膜結構材料、核殼結構復合材料及復合涂層材料等多種類型的低紅外發射率材料。其中低紅外發射率涂層材料是實現飛行器紅外隱身的主要技術措施之一，具有使用方便、重量輕、不改變飛行器外形結構等突出優點。低紅外發射率涂層材料中又以樹脂/金屬復合涂層材料的發射率最低(可達0.2以下)，工程應用性能最突出，有望實現大規模工程化應用。

然而，現有的低紅外發射率材料均不具備紅外光譜選擇性低發射率特性，即在中遠紅外波段范圍內均是低發射率，因此，其在降低3～5μm和8～14μm兩個大氣窗口波段紅外發射率的同時也降低了其它波段的紅外發射率。這就容易導致以熱輻射對外傳熱為主的處于萬米高空作業環境下的戰機、導彈等飛行器裝備發熱部件無法有效的散發熱量，使熱量在部件內積聚而使飛行器的總體紅外輻射強度仍然較高，不利于飛行器的紅外隱身，且熱量的積聚也會大大影響部件的使用壽命。可見，現有低紅外發射率材料實現飛行器的低發射率與有效散熱間存在明顯的矛盾沖突。上述問題已成為目前各類飛行器紅外隱身效能在現有基礎上實現本質突破的瓶頸，有效解決上述難點問題對于從本質上提高各類飛行器的紅外隱身效能具有重要的理論及現實意義。

紅外光譜選擇性低發射率材料可通過一定的組成結構設計及調控使其在3～5μm和8～14μm兩個大氣窗口波段同時具有低發射率，以實現目標的紅外隱身，而在5～8μm等非大氣窗口波段具有高發射率，以實現目標的有效散熱，從而可有效解決實現目標低紅外發射率和散發發熱部件熱量之間的矛盾,最終大幅提升各類飛行器的紅外隱身效能。一維光子結構(光子晶體)，又稱為多層膜結構或多層反射器結構，其具備對入射光產生選擇性反射特性，有望應用于武器裝備的紅外隱身領域。尤其是一維異質結光子結構(ABAB型復合光子結構)可通過適當的結構設計實現在紅外區間對多波段的寬帶反射，從而實現在3～5μm和8～14μm兩個大氣窗口波段具有低發射率，而在5～8μm等非大氣窗口波段具有高發射率，最終有望解決飛行器等裝備低紅外發射率與有效散熱之間的矛盾。

發明內容

本發明是針對現有技術存在的不足，為實現所制備材料在3～5μm和8～14μm兩個大氣窗口波段具有低發射率，而在5～8μm等非大氣窗口波段具有高發射率，采用一維異質結光子晶體設計及制備方法來實現上述性能要求。

為解決上述問題，本發明所采取的技術方案如下：