一种可调红外发射率柔性隐身器件及其组装方法

一种可调红外发射率柔性隐身器件及其组装方法
【专利摘要】本发明涉及一种可调红外发射率柔性隐身器件，属于电致变色器件制备【技术领域】。该器件包括八层三明治结构，从上至下分别是红外透明聚合物封装层、活性变色层、金属电极及反射层、多孔膜载体、吸附有聚电解质的分隔层、离子储存层、金属电极、衬底材料及红外透明聚合物封装层，其中吸附有聚电解质的分隔层将器件的上下两个部分粘结在一起，器件组装采用从下至上的层层组装的方式。本发明提供的电致变色器件具有可弯曲、薄层状结构的特征。器件的厚度大小小于1毫米，各功能层的总厚度小于0.2毫米。该器件对红外光反射率及发射率的调制能力可达50％左右，其柔韧的机械性能可进一步拓展其实用领域。
【专利说明】一种可调红外发射率柔性隐身器件及其组装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可调红外发射率柔性隐身器件及其组装方法，属于电致变色器件制备【技术领域】，尤其针对军事目标对红外制导导弹的隐身应用。
【背景技术】
[0002]通过缩小军事目标的红外发射特征与周围环境红外发射率的差别，可实现军事目标对红外制导导弹的隐身，从而提高军事目标在战场的生存率。电致变色材料的光学特性(颜色、透明度及反射率等)在外加电场下可以实现可逆的变化，其红外吸收与发射率也可以通过改变电压进行调控，是一种快速、高效及低成本的隐身技术。除此之外，电致变色器件具有工作电压低、能耗小、成本低等特点，在显示器件、智能窗、防眩光汽车后视镜等领域有着广泛的应用前景。
[0003]现有军事目标的红外隐身材料及器件主要有两种:一是通过在军事目标表面涂覆具有不同红外发射率的涂层，即红外迷彩来实现军事目标的红外发射特征与环境的红外发射特征接近，达到隐身的目的。但随环境及温度的微小变化，这种伪装很容易失效，需要重新进行涂覆；另外一种红外反射式电致变色器件，虽可实时地调节器件的红外发射率，但由于器件的构造特点-不完全红外透明的金属栅格电极及高折射率的衬底材料造成在界面处的信号损失，器件的红外发射率调制能力有限(15% -30% )，难以满足实际使用的要求(大于30%的红外发射调制率)。另外现有红外发射调制器件具有重量大、不易组装具有异型结构器件等不足，发展具有对比度高、质量轻、形状各异、甚至具有可挠曲的柔性红外隐身器件将极大地推进这种红外隐身器件的实用化。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于提供一种新型可调红外发射率柔性隐身器件及其组装方法，所提供的电致变色器件具有多层的三明治结构和可弯曲的柔性特性。本发明组装的器件可实现在红外制导导弹传感器工作波段(3-5微米)内红外发射率或反射率的高效调节，其对比度可达50 %左右，完全可以满足实际使用的要求。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0006]一种可调红外发射率柔性隐身器件，包括八层三明治结构，从上至下分别是红外透明聚合物封装层、活性变色层、金属电极及反射层、多孔膜载体、吸附有聚电解质的分隔层、离子储存层、金属电极、衬底材料及红外透明聚合物封装层，其中吸附有聚电解质的分隔层将器件的上下两个部分粘结在一起，器件组装采用从下至上的层层组装的方式。
[0007]进一步地，所述活性变色层和离子储存层为采用电化学聚合或溶液涂覆与提拉获得的导电聚合物，所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)及其衍生物薄膜。
[0008]进一步地，金属电极及反射层为采用热蒸镀或离子溅射法制备的厚度为50?200纳米的高红外反射率及高电导率的金属膜，所述金属膜为金、银及铝等。[0009]进一步地，多孔膜载体为厚度为20?50微米，孔径为500纳米至20微米的聚碳酸酯膜、聚偏氯乙烯膜、聚酰亚胺膜等，其中的孔洞供器件工作过程中离子通过迁移方式进出活性变色层。
[0010]进一步地，吸附有聚电解质的分隔层为由聚碳酸酯膜、聚偏氯乙烯膜、聚酰亚胺膜及滤纸等多孔膜，并吸附有碳酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、锂盐及乙腈组成的凝胶聚电解质。所述聚电解质中高氯酸锂的质量百分比为1%?10%，聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分比为10%?30%，碳酸丙烯酯的质量百分比为5%?20%，乙腈的质量百分比为40%?84%。
[0011]进一步地，金属电极为厚度大于50纳米的金属薄膜(金、银及铝等)，金属电极通过热蒸镀(铝)或是离子溅射(金或钼)的方法获得。
[0012]进一步地，衬底材料为聚烯烃类柔性聚合物膜，对直接以铝箔等金属薄膜为电极的器件，衬底材料可以省略。
[0013]进一步地，红外透明聚合物封装层由具有低红外吸收率的低密度聚乙烯及其它简单聚烯烃组成，聚合物薄膜的厚度在20微米左右。
[0014]上述可调红外发射率柔性隐身器件的组装方法，具体包括以下步骤:
[0015](I)在多孔膜载体上沉积金属电极及红外反射层。在多孔膜表面采用热蒸镀或离子溅射等方法形成厚度在50至200纳米厚的金属层(金、银或铝)作为金属电极，该电极同时作为器件的红外反射层。
[0016](2)活性变色层的制备。在步骤(I)得到的金属电极上制备厚度在500纳米至2微米活性变色层，变色层可通过在导电聚合物溶液或分散液中进行提拉，或采用涂覆导电聚合物溶液以及电化学聚合法在电极上制备。
[0017](3)吸附有聚电解质的分隔层的制备。将质量百分比为1%?10%的高氯酸锂、质量百分比为10%?30%的聚甲基丙烯酸甲酯、质量百分比为5%?20%的碳酸丙烯酯和质量百分比为40%?84%的乙腈混合均匀后，将滤纸或其它多孔薄膜浸入聚电解质溶液中形成吸附有聚电解质的分隔层。
[0018](4)依托于衬底材料的金属电极及离子储存层的制备。通过热蒸镀及离子溅射等法在柔性材料(聚乙烯、聚丙烯及聚酯等)上形成高导电的金属层作为电极，对以铝箔为金属电极的器件，其衬底材料可以省略。最后采用与步骤2相似的方法在金属电极上制备厚度在500纳米至2微米离子储存层，离子储存层可通过将电极在导电聚合物溶液或分散液中进行提拉，或采用涂覆导电聚合物溶液以及电化学聚合法在电极上制备。
[0019](5)器件的组装和封装。从下至上的顺序将红外透明聚合物封装层、衬底材料、金属电极、离子储存层、吸附有聚电解质的分隔层、多孔膜载体、金属电极及反射层、活性变色层及红外透明聚合物封装层层压在一起，以吸附有聚电解质的分隔层将上下两个部分(支撑于多孔膜上的金属电极及变色活性层和支撑于衬底上的金属电极及离子储存层)结合在一起，将两金属电极分别引出导线后用聚合物薄膜将整个器件包覆起来并热封。
[0020]该发明的有益效果在于:本发明提供的电致变色器件为柔性、可挠曲的三明治薄层结构，活性变色层并不处于两电极之间，离子通过多孔膜的孔洞迁移到活性变色层实现对红外光的调制。最终器件具有可弯曲、薄层状结构的特征。器件的厚度大小小于I毫米，各功能层的总厚度小于0.2毫米。该器件的对红外光反射率及发射率的调制能力可达50%左右，其柔韧的机械性能可进一步拓展其实用领域。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例中可调红外发射率柔性隐身器件的结构示意图。
[0022]图2为本发明实施例1中组装的器件在不同电压下对波长在3?5微米间红外光反射率的调制曲线。
[0023]图中标记说明，1、活性变色层；2、金属电极及反射层；3、多孔膜载体；4、吸附有聚电解质的分隔层；5、离子储存层；6、金属电极；7、衬底材料；8、红外透明聚合物封装层。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便更好的理解本发明。
[0025]实施例1:
[0026]图1所示为本发明提供的可调红外发射率柔性隐身器件的结构示意图，包括八层三明治结构，图1中包含的各层从上至下分别是红外透明聚合物封装层8、活性变色层1、金属电极及反射层2、多孔膜载体3、吸附有聚电解质的分隔层4、离子储存层5、金属电极6、衬底材料7及红外透明聚合物封装层8，其中吸附有聚电解质的分隔层4将器件的上下两个部分粘结在一起，器件组装采用从下至上的层层组装的方式，最终器件具有可弯曲、薄层状结构的特征。器件的厚度大小0.8毫米，各功能层的总厚度0.15毫米。图2为本实施例中组装的器件在不同电压下对波长在3?5微米间红外光反射率的调制曲线。该器件的对红外光反射率及发射率的调制能力可达52%左右，其柔韧的机械性能可进一步拓展其实用领域。
[0027]所述活性变色层I和离子储存层5为采用电化学聚合或溶液涂覆与提拉获得的导电聚合物，所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物薄膜。
[0028]所述金属电极及反射层2为采用热蒸镀或离子溅射法制备的厚度为50纳米的高红外反射率及高电导率的金属膜，所述金属膜为金、银及铝等。
[0029]所述多孔膜载体3为厚度为20微米，孔径为20微米的聚碳酸酯膜，其中的孔洞供器件工作过程中离子通过迁移进出活性变色层。
[0030]所述吸附有聚电解质的分隔层4为由聚碳酸酯膜多孔膜，并吸附有碳酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、锂盐及乙腈组成的凝胶聚电解质。所述聚电解质中高氯酸锂的质量百分比为4%，聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分比为15%，碳酸丙烯酯的质量百分比为20%，乙腈的质量百分比为61%。
[0031 ] 所述金属电极6为厚度60纳米的金属薄膜(金、银及铝等)，金属电极通过热蒸镀(铝)或是离子溅射(金或钼)的方法获得。
[0032]所述衬底材料7为聚烯烃类柔性聚合物膜，对直接以铝箔等金属薄膜为电极的器件，衬底材料可以省略。
[0033]所述红外透明聚合物封装层8由具有低红外吸收率的低密度聚乙烯及其它简单聚烯烃组成，聚合物薄膜的厚度在20微米。
[0034]上述可调红外发射率柔性隐身器件的组装方法，具体包括以下步骤:[0035](I)在多孔膜载体3上沉积金属电极及红外反射层2。在多孔膜表面采用热蒸镀或离子溅射等方法形成厚度在50纳米厚的金属层(金、银或铝)作为金属电极，该电极同时作为器件的红外反射层。
[0036](2)活性变色层I的制备。在步骤(I)得到的金属电极上制备厚度在500纳米活性变色层I，变色层可通过在导电聚合物溶液或分散液中进行提拉，或采用涂覆导电聚合物溶液以及电化学聚合法在电极上制备。
[0037](3)吸附有聚电解质的分隔层4的制备。将质量百分比为4%的高氯酸锂、质量百分比为15%的聚甲基丙烯酸甲酯、质量百分比为20%的碳酸丙烯酯和质量百分比为61%的乙腈混合均匀后，将滤纸或其它多孔薄膜浸入聚电解质溶液中形成吸附有聚电解质的分隔层。
[0038](4)依托于衬底材料的金属电极6及离子储存层5的制备。通过热蒸镀及离子溅射等法在柔性材料(聚乙烯、聚丙烯及聚酯等)上形成高导电的金属层作为电极，对以铝箔为金属电极的器件，其衬底材料可以省略。最后采用与步骤2相似的方法在金属电极上制备厚度在500纳米离子储存层，离子储存层可通过将电极在导电聚合物溶液或分散液中进行提拉，或采用涂覆导电聚合物溶液以及电化学聚合法在电极上制备。
[0039](5)器件的组装和封装。按图1从下至上的顺序将各层层压在一起，以吸附有聚电解质的分隔层将上下两个部分(支撑于多孔膜上的金属电极及变色活性层和支撑于衬底上的金属电极及离子储存层)结合在一起，将两金属电极分别引出导线后用聚合物薄膜将整个器件包覆起来并热封。
[0040]实施例2:
[0041]图1所示为本发明提供的可调红外发射率柔性隐身器件的结构示意图，包括八层三明治结构，图1中包含的各层从上至下分别是红外透明聚合物封装层8、活性变色层1、金属电极及反射层2、多孔膜载体3、吸附有聚电解质的分隔层4、离子储存层5、金属电极6、衬底材料7及红外透明聚合物封装层8，其中吸附有聚电解质的分隔层4将器件的上下两个部分粘结在一起，器件组装采用从下至上的层层组装的方式，最终器件具有可弯曲、薄层状结构的特征。器件的厚度大小0.9毫米，各功能层的总厚度0.18毫米。该器件的对红外光反射率及发射率的调制能力可达53%，其柔韧的机械性能可进一步拓展其实用领域。
[0042]所述活性变色层I和离子储存层5为采用电化学聚合或溶液涂覆与提拉获得的导电聚合物，所述导电聚合物为聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)及其衍生物薄膜。
[0043]所述金属电极及反射层2为采用热蒸镀或离子溅射法制备的厚度为200纳米的高红外反射率及高电导率的金属膜，所述金属膜为金、银及铝等。
[0044]所述多孔膜载体3为厚度为50微米，孔径为20微米的聚酰亚胺膜，其中的孔洞供器件工作过程中离子通过迁移进出活性变色层。
[0045]所述吸附有聚电解质的分隔层4为由聚碳酸酯膜、聚偏氯乙烯膜、聚酰亚胺膜及滤纸等多孔膜，并吸附有碳酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、锂盐及乙腈组成的凝胶聚电解质。所述聚电解质中高氯酸锂的质量百分比为2%，聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分比为10%，碳酸丙烯酯的质量百分比为10%，乙腈的质量百分比为78%。
[0046]所述金属电极6为厚度55纳米的金属薄膜(金、银及铝等)，金属电极通过热蒸镀(铝)或是离子溅射(金或钼)的方法获得。
[0047]所述衬底材料7为聚烯烃类柔性聚合物膜，对直接以铝箔等金属薄膜为电极的器件，衬底材料可以省略。
[0048]所述红外透明聚合物封装层8由具有低红外吸收率的低密度聚乙烯及其它简单聚烯烃组成，聚合物薄膜的厚度在20微米左右。
[0049]上述可调红外发射率柔性隐身器件的组装方法，具体包括以下步骤:
[0050](I)在多孔膜载体3上沉积金属电极及红外反射层2。在多孔膜表面采用热蒸镀或离子溅射等方法形成厚度在100纳米厚的金属层(金、银或铝)作为金属电极，该电极同时作为器件的红外反射层。
[0051](2)活性变色层I的制备。在步骤(I)得到的金属电极上制备厚度在500纳米至2微米活性变色层I，变色层可通过在导电聚合物溶液或分散液中进行提拉，或采用涂覆导电聚合物溶液以及电化学聚合法在电极上制备。
[0052](3)吸附有聚电解质的分隔层4的制备。将质量百分比为2%的高氯酸锂、质量百分比为10%的聚甲基丙烯酸甲酯、质量百分比10%的碳酸丙烯酯和质量百分比为78%乙腈混合均匀后，将滤纸或其它多孔薄膜浸入聚电解质溶液中形成吸附有聚电解质的分隔层。
[0053](4)依托于衬底材料的金属电极6及离子储存层5的制备。通过热蒸镀及离子溅射等法在柔性材料(聚乙烯、聚丙烯及聚酯等)上形成高导电的金属层作为电极。最后采用与步骤2相似的方法在金属电极上制备厚度在2微米离子储存层，离子储存层可通过将电极在导电聚合物溶液或分散液中进行提拉，或采用涂覆导电聚合物溶液以及电化学聚合法在电极上制备。
[0054](5)器件的组装和封装。按图1从下至上的顺序将各层层压在一起，以吸附有聚电解质的分隔层将上下两个部分(支撑于多孔膜上的金属电极及变色活性层和支撑于衬底上的金属电极及离子储存层)结合在一起，将两金属电极分别引出导线后用聚合物薄膜将整个器件包覆起来并热封。
[0055]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种可调红外发射率柔性隐身器件，其特征在于:包括八层三明治结构，从上至下分别是红外透明聚合物封装层、活性变色层、金属电极及反射层、多孔膜载体、吸附有聚电解质的分隔层、离子储存层、金属电极、衬底材料及红外透明聚合物封装层，其中吸附有聚电解质的分隔层将器件的上下两个部分粘结在一起，器件组装采用从下至上的层层组装的方式；所述活性变色层和离子储存层为采用电化学聚合或溶液涂覆与提拉获得的导电聚合物，所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)及其衍生物薄膜；所述金属电极及反射层为采用热蒸镀或离子溅射法制备的厚度为50~200纳米的高红外反射率及高电导率的金属膜，所述金属膜为金、银及铝等；所述多孔膜载体为厚度为20~50微米，孔径为500纳米至20微米的聚碳酸酯膜、聚偏氯乙烯膜、聚酰亚胺膜等，其中的孔洞供器件工作过程中离子通过迁移方式进出活性变色层；所述吸附有聚电解质的分隔层为由聚碳酸酯膜、聚偏氯乙烯膜、聚酰亚胺膜及滤纸等多孔膜，并吸附有碳酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、锂盐及乙腈组成的凝胶聚电解质；所述聚电解质中高氯酸锂的质量百分比为1%~10%，聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分比为10%~30%，碳酸丙烯酯的质量百分比为5%~20%，乙腈的质量百分比为40%~84% ；所述金属电极为厚度大于50纳米的金属薄膜(金、银及铝等)，金属电极通过热蒸镀(铝)或是离子溅射(金或钼)的方法获得；所述衬底材料为聚烯烃类柔性聚合物膜，对直接以铝箔等金属薄膜为电极的器件，无需衬底材料；所述红外透明聚合物封装层由具有低红外吸收率的低密度聚乙烯及其它简单聚烯烃组成，聚合物薄膜的厚度在15~25微`米。
2.根据权利要求1所述的可调红外发射率柔性隐身器件，所述器件的组装方法，具体包括以下步骤:(1)在多孔膜载体上沉积金属电极及红外反射层:在多孔膜表面采用热蒸镀或离子溉射等方法形成厚度在50至200纳米厚的金属层(金、银或铝)作为金属电极，该电极同时作为器件的红外反射层；(2)活性变色层的制备:在步骤(1)得到的金属电极上制备厚度在500纳米至2微米的活性变色层，变色层可通过在导电聚合物溶液或分散液中进行提拉，或采用涂覆导电聚合物溶液以及电化学聚合法在电极上制备；(3)吸附有聚电解质的分隔层的制备:将质量百分比为1%~10%的高氯酸锂、质量百分比为10%~30%的聚甲基丙烯酸甲酯、质量百分比为5%~20%的碳酸丙烯酯和质量百分比为40 %~84%的乙腈混合均匀后，将滤纸或其它多孔薄膜浸入聚电解质溶液中形成吸附有聚电解质的分隔层；(4)依托于衬底材料的金属电极及离子储存层的制备:通过热蒸镀及离子溅射等法在柔性材料(聚乙烯、聚丙烯及聚酯等)上形成高导电的金属层作为电极，对以铝箔为金属电极的器件，无需衬底材料；最后采用与步骤2相似的方法在金属电极上制备厚度在500纳米至2微米的离子储存层，离子储存层可通过将电极在导电聚合物溶液或分散液中进行提拉，或采用涂覆导电聚合物溶液以及电化学聚合法在电极上制备；(5)器件的组装和封装:从下至上的顺序将红外透明聚合物封装层、衬底材料、金属电极、离子储存层、吸附有聚电解质的分隔层、多孔膜载体、金属电极及反射层、活性变色层及红外透明聚合物封装层层压在一起，以吸附有聚电解质的分隔层将上下两个部分(支撑于多孔膜上的金属电极及变色活性层和支撑于衬底上的金属电极及离子储存层)结合在一起，将两金属电极分别引出 导线后用聚合物薄膜将整个器件包覆起来并热封。
【文档编号】G02F1/153GK103713439SQ201310698211
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年11月30日 优先权日:2013年11月30日
【发明者】熊善新, 周安宁, 汪晓芹, 宫铭, 吴伯华, 禇佳, 石玉静 申请人:西安科技大学