一种用于改变智能热控材料控温能力的薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜制备领域，具体涉及一种用于改变智能热控材料控温能力的薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]热控材料的太阳吸收率和红外发射率的比值决定了航天器的自主控温能力。目前，现有的智能热控材料，主要包括稀土锰氧化物掺杂材料Lai_x_yMlxM2yMn03和掺杂氧化钒V1^MxNyO2，其中，稀土锰氧化物掺杂材料Ml和M2为二价碱土元素，且0.17 ( x+y<0.33 ;掺杂氧化钒VnyMxNyO2中M和N为掺杂元素，且0.02彡x+y<0.10 ;这两类材料的红外发射率可以根据温度变化而改变其红外发射率，从而具有实现航天器自主热控管理的功能。然而，这两种体系的热控材料的太阳吸收率较大，以La1TyMlxI^yMnO3S例，其表面的太阳吸收率大于0.85。在太阳直接照射的情况下，将导致航天器温升较快，自主控温能力不够，而且，这两类材料的太阳吸收率是固定的，太阳吸收率和红外发射率的比值变化范围小，导致应用范围受限。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供了一种用于改变智能热控材料控温能力的薄膜及其制备方法，能够保证智能热控材料其自身红外发射率不改变的情况下，改变太阳吸收率，提高自主控温能力，扩大了应用范围。
[0004]—种用于改变智能热控材料控温能力的薄膜，镀制在智能热控材料上；所述薄膜由折射率高、太阳吸收率低、红外透过率高的第一膜层和折射率低、太阳吸收率低、红外透过率高的第二膜层组成；
[0005]所述第一膜层和第二膜层交替层叠；
[0006]所述第一膜层的材料选用硫化锌、砸化锌、硅和锗中的一种或两种以上；
[0007]所述第二膜层的材料选用氟化镁和氟化铱中的一种或两种；
[0008]选用的各种材料的厚度和层叠顺序根据对镀膜后智能热控材料的太阳吸收率和红外发射率的要求进行设计；每种材料作为单独的膜层出现。
[0009]优选地，第一膜层和第二膜层共8?14层。
[0010]一种用于改变智能热控材料控温能力的薄膜的制备方法，具体包括:
[0011]步骤一、加热基底:
[0012]以涂有智能热控材料的热控对象作为镀膜基底，在真空条件下，加热基底至350开尔文?500开尔文；
[0013]步骤二、离子束清洗基底:
[0014]在氩气和氧气的混合气体、纯氩气或纯氧气工作环境，使用离子束轰击的方式清洗基底；
[0015]步骤三、薄膜沉积:
[0016]从硫化锌、砸化锌、硅和锗中选取一种或两种以上作为第一膜层的材料，选取氟化镁和/或氟化铱作为第二膜层的材料；以第一膜层和第二膜层交替层叠为设计原则，利用膜层设计软件，根据对镀膜后智能热控材料的太阳吸收率和红外发射率的要求，计算选取的各种材料的镀膜顺序和膜层厚度，采用蒸发法或溅射法依次进行各层膜的沉积，同时在沉积过程中采用光学膜厚系统监测膜层厚度；
[0017]步骤四、基底降温:
[0018]镀膜完成后，基底自然冷却至室温。
[0019]优选地，所述第一膜层和第二膜层共8?14层。
[0020]优选地，真空度小于或等于5.0 X 10_3Pa。
[0021]有益效果:
[0022]1、通过在智能热控材料表面镀制多层高红外透过率、低太阳吸收率的材料，以使得智能热控材料在不改变自身红外发射率的情况下，降低太阳吸收率，以提高自主控温能力，扩大了应用范围。
[0023]2、本发明对于第一膜层和第二膜层，均提供了至少2种备选材料，而且在实际镀膜时，针对第一膜层(第二膜层)均可以选择2种(2种以上)材料的组合，因为仅一种材料在膜层设计计算时可能无法精确获得想要的指标，而多种材料的配合容易达到该目的。
[0024]3、为了在智能热控材料自身的红外发射率尽可能不改变的前提下，保证太阳吸收率尽可能的小，故镀膜层数控制在8?14层。
【具体实施方式】
[0025]下面通过举实施例，对本发明进行详细描述。
[0026]本发明提供了一种用于改变智能热控材料控温能力的方案，其主要思想在于:通过在热能热控材料表面镀制在可见光谱范围内的吸收可见光少(太阳吸收率低)且对于红外光谱范围内的透过率高(红外透过率高)的材料，进而在不改变热控材料自身红外发射率的情况下，改变太阳吸收率，进一步改变自主控温能力。
[0027]根据光学镀膜要求，本发明采用折射率高和折射率低的两种膜层进行交替层叠，满足太阳吸收率低、红外透过率高的要求。
[0028]其中，将折射率高、太阳吸收率低、红外透过率高的材料形成的膜层称为第一膜层，将折射率低、太阳吸收率低、红外透过率高的材料形成的膜层称为第二膜层。本发明改变智能热控材料控温能力的薄膜由第一膜层和第二膜层组成，且第一膜层和第二膜层交替层叠。
[0029]对于第一膜层和第二膜层，仅一种材料在膜层设计计算时无法精确获得想要的指标，而多种材料的配合容易达到该目的。因此，本发明对于第一膜层和第二膜层均提供了至少2种备选材料。具体来说，第一膜层的材料选用硫化锌、砸化锌、硅和锗中的一种或两种以上。第二膜层的材料选用氟化镁和氟化铱中的一种或两种。
[0030]其中，氟化镁和氟化铱用于改变太阳吸收率，该种材料具备在可见光谱范围内吸收可见光少，其可见光吸收率小于等于4%，在红外光谱范围内具有高透过性的优点，其红外透过率大于等于75%。而且氟化镁的折射率为1.4，氟化铱的折射率为1.44 ;硫化锌、砸化锌、硅或锗在红外光谱范围内具有高透过性，其红外透过率均大于等于75%，而且在可见光谱范围内对可见光的吸收率小，其可见光吸收率小于等于20% ;且砸化锌的折射率为2.3、锗的折射率为4.0，硫化锌的折射率为2.5，硅的折射率为3.42。
[0031]需要说明的是，当第一膜层或第二膜层选用两种以上的材料时，不用限定这些材料的使用顺序，但是每种材料作为单独的膜层出现，不能混用。例如，第一膜层选用硫化锌和砸化锌时，在需要镀制一层第一膜层时，采用硫化锌，镀制另一层第一膜层时，选用砸化锌，不可在同一层中混用硫化锌和砸化锌。
[0032]选用的上述各种材料的厚度和层叠顺序根据对镀膜后智能热控材料的太阳吸收率和红外发射率的要求进行设计，并通过蒸发法或溅射法交替镀膜，以达到在不改变热控材料自身红外发射率的情况下，改变太阳吸收率，进一步改变自主控温能力。
[0033]上述用于改变智能热控材料控温能力的薄膜的制备方法为:
[0034]步骤一、加热基底:
[0035]以涂有智能热控材料的热控对象作为镀膜基底，在真空条件下，加热基底至350开尔文?500开尔文。其中，真空条件的真空度优于5.0X10_3Pa。
[0036]步骤二、离子束清洗基底:
[0037]基底加热完成后，用能量为80eV?130eV的离子束在充满氩气和氧气的混合气体、单独的氩气或单独的氧气的工作环境中轰击清洗基底5分钟至25分钟。
[0038]步骤三、薄膜沉积:
[0039]从硫化锌、砸化锌、硅和锗中选取一种以上作为第一膜层的材料，选取氟化镁和/或氟化铱作为第二膜层的材料；以第一膜层和第二膜层交替层叠为设计原则，利用麦克劳德膜层设计软件或膜系设计软件TFC，根据对镀膜后智能热控材料的太阳吸收率和红外发射率的要求，计算选取的各种材料的镀膜顺序和膜层厚度，使得镀膜后智能热控材料的太阳吸收率得到改变，且红外发射率能够满足设计要求。然后，采用蒸发法或溅射法按照设计的镀膜顺序依次进行各层膜的沉积，同时在沉积过程中采用光学膜厚系统监测膜层厚度，保证膜层厚度达到设计要求。为保证镀膜效果，镀膜层数为8?14层。
[0040]其中，蒸发法是利用蒸发镀膜设备，通过依次加热镀膜材料至气化状态，使镀膜材料沉积至基底。溅射法是将镀膜材料作为靶材置于充满氩气的环境中，通过外加电源产生辉光放电使氩离子轰击靶材，进而导致靶材材料被溅射至基底。其中，离子束辅助轰击电压为 10eVo
[0041]步骤四、基底降温:
[0042]镀膜完成后，基底自然冷却至室温。
[0043]至此，制备过程结束。
[0044]下面例举四个实施例对本发明的制备过程进行详细描述。
[0045]实施例1:采用蒸发法，选用硅和锗作为第一膜层的材料，选用氟化镁作为第二膜层的材料，在Laa 7Sr0.!Ca0.2Μη03上制备多层膜。
[0046]步骤1、加热基底:
[0047]以涂有智能热控材料的热控对象作为镀膜基底，在真空度为2X 10_4Pa的条件下，加热基底至400开尔文。
[0048]步骤2、离子束清洗基底:
[0049]基底加热完成后，用能量为10eV的离子束在充满氩气和氧气的混合气体工作环境中轰击清洗基底5分钟至25分钟。
[0050]步骤3、多层薄膜沉积:
[0051]选用硅和锗作为第一膜层的材料，选用氟化镁作为第二膜层的材料；以第一膜层和第二膜层交替层叠为设计原则，利用麦克劳德膜层设计软件或TFC软件，根据对镀膜后智能热控材料的太阳吸收率和红外发射率的要求，得到所选取的各种材料