選擇性低發(fā)射率涂層的設(shè)計(jì)與制備研究.pdf

1、在各種隱身技術(shù)中，紅外隱身所占據(jù)的比例隨著紅外技術(shù)的發(fā)展而變得越來(lái)越大。傳統(tǒng)的紅外隱身材料在整個(gè)紅外波段均具有低的發(fā)射率，未能兼顧紅外輻射散熱的問(wèn)題，而熱量的聚集又會(huì)進(jìn)一步使目標(biāo)的溫度升高，進(jìn)而限制了傳統(tǒng)紅外隱身材料降低目標(biāo)紅外輻射出射度的能力。光譜選擇性低發(fā)射率紅外隱身材料是未來(lái)紅外隱身技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向，國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道并不多見(jiàn)。
　　本文開(kāi)展了基于一維光子晶體的光譜選擇性紅外隱身涂層設(shè)計(jì)與制備研究。基于電磁波透射理論，設(shè)計(jì)了具

2、有光譜選擇性低發(fā)射率的Ge/ZnS和Ge/MgF2的涂層結(jié)構(gòu)。通過(guò)磁控濺射技術(shù)，分別制備了Ge/ZnS和Ge/MgF2選擇性低發(fā)射率涂層，并進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)和紅外光學(xué)性能的表征。
　　借助一維光子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了選擇性低發(fā)射率涂層的結(jié)構(gòu)。涂層以SiC為襯底，所含一維光子晶體為Ge/ZnS或Ge/MgF2。根據(jù)電磁波透射理論，以選擇性低發(fā)射率為目標(biāo)對(duì)涂層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了涂層的結(jié)構(gòu)。理論計(jì)算結(jié)果表明Ge/ZnS和Ge/Mg

3、F2選擇性低發(fā)射率涂層在3~5μm和8~14μm波段的發(fā)射率在0.15以下；在5~8μm波段的發(fā)射率在0.9左右。
　　通過(guò)磁控濺射技術(shù)制備了基于一維光子晶體的光譜選擇性低發(fā)射率涂層。首先，開(kāi)展了一維光子晶體中各亞層的制備工藝研究，分別研究了濺射氣壓、功率、襯底溫度對(duì)Ge、ZnS、MgF2亞層生長(zhǎng)速率、微觀成分與結(jié)構(gòu)以及紅外光學(xué)性能的影響，得到了較優(yōu)的制備工藝參數(shù)。在一定的工藝條件下可得到表面連續(xù)、成分穩(wěn)定、晶粒致密均勻的質(zhì)量良好

4、的Ge、ZnS、MgF2單層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ge、ZnS、MgF2單層結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)和厚度的準(zhǔn)確控制。
　　在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展了基于Ge/ZnS和Ge/MgF2光子晶體的光譜選擇性低發(fā)射率涂層的制備研究。利用場(chǎng)發(fā)射透射電鏡、FIB/SEM雙束顯微電鏡等手段對(duì)涂層進(jìn)行表征。
　　對(duì)基于Ge/ZnS光子晶體的選擇性低發(fā)射率涂層，表征結(jié)果顯示各亞層界面明顯，邊界清晰，未現(xiàn)明顯擴(kuò)散現(xiàn)象。但是研究發(fā)現(xiàn)，由于高能量濺射粒子對(duì)已沉積亞層

5、的“減薄”作用，涂層中各亞層的生長(zhǎng)速率明顯降低，亞層厚度縮減明顯。改變工藝參數(shù)，通過(guò)降低濺射功率以降低濺射粒子的高能量狀態(tài)，涂層中各亞層厚度接近預(yù)計(jì)值。但是，由于實(shí)驗(yàn)制備的Ge/ZnS選擇性低發(fā)射率涂層中各亞層的厚度與設(shè)計(jì)值仍然存在一定的差別，致使涂層的選擇性低發(fā)射性能不明顯。
　　對(duì)于基于 Ge/MgF2光子晶體的選擇性低發(fā)射率涂層，表征結(jié)果顯示多層結(jié)構(gòu)中MgF2亞層的結(jié)構(gòu)遭到破壞，元素含量較低且雜亂的分布在多層結(jié)構(gòu)當(dāng)中。通過(guò)工