[發明專利]一種紅外發射率連續可調的復合層及其應用

有效

• 申請號: 202110506345.4
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113186491B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 周明;楊名揚;張之勛;俞劍文;張毅博;程文俊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/20;C23C14/30;C23C14/35;C23C14/54;C08J9/36;C08L75/04;C08L61/28;G02B5/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 錢云

本發明提供一種紅外發射率連續可調的復合層及其應用，所述紅外發射率連續可調的復合層，包括基底層和包覆于所述基底層表面的薄膜層；所述基底層的厚度大于1mm，所述薄膜層的厚度在1～1000nm范圍內可調。本發明基于紅外輻射在不同材料中的穿透深度不同，通過控制表面薄膜層的厚度小于3?5μm和8?14μm波段紅外線的穿透深度，使得薄膜層材料在該波段對紅外的吸收受厚度變化的控制，從而通過改變表面薄膜層的厚度獲得紅外發射率連續可調的復合層。使用該復合層調節紅外發射率，相較于傳統的在物體表面制作不同發射率的涂層，成本更低，且易于控制和實現，對節能減排、紅外隱身等應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及功能材料技術領域，尤其涉及一種紅外發射率連續可調的復合層及其應用。

背景技術

自紅外輻射被英國天文學家威廉〃赫謝爾通過測量手段證實以來，紅外物理與技術受到各國學者的重視并不斷發展，在安全生產工程、軍事以及日常生活等方面得到了廣泛應用。如紅外輻射節能涂料通過提高爐膛的輻射率，強化爐內輻射傳熱作用，有效改善傳熱過程，達到節能的作用。

根據應用方向的不同，需要對物體紅外輻射出射度進行調控。由斯蒂芬-玻爾茲曼定律：M＝εσT⁴(其中ε為物體發射率，σ為斯蒂芬-玻爾茲曼常數，T為物體絕對溫度)可知，紅外輻射出射度與ε和T的4次方成正比，因此通過調節物體的溫度與發射率可以實現對輻射出射度的調節。現有改變輻射出射度最常用的方法是在物體表面制作不同發射率的涂層。

目前的紅外涂料主要是通過改變涂料中顏料與粘結劑的比例來實現對涂料發射率的調節，但這種調節方式是不連續的，且需要大量前期實驗來得到滿足發射率要求的涂料，成本較高。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種紅外發射率連續可調的復合層及其應用。

本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種紅外發射率連續可調的復合層，包括基底層和包覆于所述基底層表面的薄膜層；所述基底層的厚度大于1mm，所述薄膜層的厚度在1～1000nm范圍內可調。

本發明基于紅外輻射在不同材料中的穿透深度不同，通過控制表面薄膜層的厚度小于3-5μm和8-14μm波段紅外線的穿透深度，使得薄膜層材料在該波段對紅外的吸收受厚度變化的控制，從而通過改變表面薄膜層的厚度即可獲得紅外發射率連續可調的復合層。具體應用中，可根據應用方向的不同，對薄膜層的厚度進行控制。

本發明中，穿透深度的定義為電磁波輻射強度降至入射到材料表面時輻射強度的1/e時，電磁波在材料中傳播的距離。

進一步地，所述基底層與所述薄膜層在3-5μm和8-14μm波段的紅外發射率相差0.6以上，可以使復合層調節紅外發射率的范圍更大。理論分析結果表明，本發明的復合層在3～5μm和8～14μm波段可實現紅外發射率0.1～0.9的連續可調。

在本發明的一個優選實施方式中，所述基底層為聚氨酯海綿、蜜胺泡綿等彈性多孔材料，所述薄膜層為金屬。優選地，所述金屬為金、銀、銅或鉑，所述薄膜層的厚度為1～450nm。

本發明發現，基底層選用聚氨酯海綿或蜜胺泡綿，薄膜層選用金屬，則復合層整體實現紅外發射率調節時，薄膜層的厚度可調范圍比較寬，也就是說，通過調節薄膜層厚度實現紅外發射率調節的制備條件不苛刻，即更容易實現紅外發射率的連續可調。

在本發明的另一個優選實施方式中，所述基底層為金屬，所述薄膜層為石墨或硼。

本發明發現，基底層選用金屬，薄膜層選用石墨或硼，不僅基底層與薄膜層之間具有較好的結合強度，不易互相脫落，而且可以實現紅外發射率的上調，以便應用于輻射散射方面，同時，紅外發射率變化速度與薄膜層厚度變化速度相協調，從而更易實現紅外發射率的連續可調。

上述技術方案中，優選地，采用沉積法在所述基底層的表面包覆所述薄膜層。