一种电致变红外发射率薄膜及其制备方法

本发明属于红外隐身，尤其涉及一种电致变红外发射率薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、目标的红外辐射特性主要受温度和发射率影响，目标的温度或发射率越高，其红外辐射特性越强，因而调节目标发射率对红外特性进行调节已成为红外隐身技术的重要手段。电致变发射率器件具有发射率调节范围广、响应速度快、反应灵活等优点，在红外隐身技术领域具有巨大的应用潜力。

2、局域表面等离子共振(lspr：localized surface plasmon resonance)是指当光线入射到由导电性良好的纳米颗粒上时，如果入射光子频率与纳米颗粒的振荡频率相匹配时，纳米颗粒会对光子能量产生很强的吸收作用，就会发生局域表面等离子体共振的现象，这时会在光谱上出现一个强的共振吸收峰。lspr的研究最开始主要集中在金属纳米颗粒中，lspr主要位于可见光波段。近年来，半导体氧化物的纳米晶的研究方兴未艾，lspr主要位于近红外(800-3000nm)波段，但是目前还没有关于电化学调控3～14μm的红外波段的lspr调控的研究。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的技术问题，本发明提供一种电致变红外发射率薄膜及其制备方法，制备得到的电致变红外发射率薄膜利用局域表面等离子共振实现了通过电化学方法调控3～14μm的红外波段，使得电致变红外发射率薄膜对3～5μm的红外波段的调控量为0.1～0.6，对8～14μm的红外发射率调控量为0.1～0.6。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

3、本发明第一方面提供一种电致变红外发射率薄膜，包括红外高反射率基底层以及覆盖于所述红外高反射率基底层上的变红外发射率功能层，所述变红外发射率功能层为掺杂氧化锌纳米晶，所述掺杂氧化锌纳米晶中的掺杂离子为三价金属离子，所述三价金属离子的掺杂量为0.1～10％。

4、本发明中将掺杂氧化锌纳米晶中三价金属离子的掺杂量控制在0.1～10％，使掺杂氧化锌纳米晶的局域表面等离子体共振(lspr)吸收峰位于3-14μm红外波段。利用电化学注入和脱出电子，使lspr吸收峰增强和减弱的方式，实现掺杂氧化锌纳米晶薄膜的红外发射率的调控。利用红外高反射率基底和掺杂氧化锌纳米晶组成的电致变红外发射率薄膜，通过电化学方法注入电子时，lspr吸收峰增强，电致变红外发射率薄膜为高发射率状态；当电子脱出时，lspr吸收峰减弱，掺杂氧化锌纳米晶薄膜为红外高透过状态，电致变红外发射率薄膜表现出基底的红外高反射率状态，即低发射率状态，以此实现对红外发射率的调控。

5、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述掺杂氧化锌纳米晶的直径为2～30nm。

6、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述掺杂氧化锌纳米晶的直径为2～16nm。

7、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述掺杂氧化锌纳米晶lspr吸收峰位于3～14μm。

8、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述三价金属离子为铝离子、硼离子、镓离子或铟离子中的一种。

9、本发明中基于zno的n型半导体纳米晶，其掺杂剂通常包括硼离子(b3+)、铝离子(al3+)、镓离子(ga3+)和铟离子(in3+)，在3～14μm波段会产生lspr吸收，进一步可以通过电化学调控基于zno的n型半导体纳米晶的lspr吸收峰，从而实现红外发射率的调控。

10、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述红外高反射率基底选自金属基底、ito薄膜、azo薄膜、fto薄膜或mxene薄膜中的一种。

11、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述金属基底选自金、银、铋、铜、锡、镉、汞、铟、铅、锑、铝、锌或铁中的一种。

12、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，当红外高反射率基底选自ito薄膜、azo薄膜、fto薄膜中的一种时，所述电致变红外发射率薄膜对可见光的透射率大于50％。

13、本发明中的功能层，即掺杂氧化锌纳米晶为透明性状，当红外高反射率基底层也采用透明材质时，制备得到的电致变红外发射率薄膜具有一定的光学透明度。对可见光的透射率为大于50％，可以用于制备透明的电致变红外发射率薄膜。

14、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述电致变红外发射率薄膜对3～5μm的红外波段的调控量为0.1～0.6。

15、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述电致变红外发射率薄膜对8～14μm的红外发射率调控量为0.1～0.6。

16、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述电致变红外发射率薄膜对5～8μm的红外波段的调控量为0.46。

17、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述变红外发射率功能层的厚度为0.1～10μm。

18、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电致变红外发射率薄膜中，所述红外高反射率基底层的厚度大于10nm。

19、本发明第二方面提供上述的电致变红外发射率薄膜的制备方法，包括以下步骤：

20、s1、制备三价金属离子的掺杂量为0.1～10％的掺杂氧化锌纳米晶分散液备用；

21、s2、将掺杂氧化锌纳米晶分散液旋涂在红外高反射率基底上，控制掺杂氧化锌纳米晶的厚度为0.1～10μm，即得电致变红外发射率薄膜。

22、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中旋涂过程为，200～1000rpm旋涂10s～60s，然后2000～4000rpm旋涂5s～20s，重复上述过程5～20次。

23、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s1中掺杂氧化锌纳米晶分散液的制备过程为：将乙酸锌和金属有机配合物溶解在油酸中，在70～150℃下脱气20-60min，然后加入油胺，进一步脱气后得到金属前驱体，然后将过量油醇溶液搅拌加热至260-320℃，在氮气气氛下将金属前驱体加入到油醇溶液中，反应1～3h后得到纳米晶，利用甲苯/乙醇溶液清洗纳米晶后，将纳米晶分散在甲苯溶剂中，即得掺杂氧化锌纳米晶分散液。

24、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，金属有机配合物选自乙酰丙酮铝、三乙基铝、醋酸铝、乙酰丙酮硼、三乙基硼、醋酸硼、乙酰丙酮镓、三乙基镓、醋酸镓、乙酰丙酮铟、三乙基铟、醋酸铟中的一种。

25、本发明中的电致变红外发射率薄膜的使用过程如下：将电致变红外发射率薄膜置于电解池装置中作为工作电极，其中电解质可选用锂基电解质(高氯酸锂/碳酸丙烯酯、双三氟甲磺酰亚胺锂/四乙二醇二甲醚)、四正丁基高氯酸铵/乙腈溶液等，对电极可选用金属片(铝、铜、银、铂等)、ito玻璃、azo玻璃等。对电致变红外发射率薄膜施加电压后，取出电致变红外发射率薄膜。将电致变红外发射率薄膜上的电解质擦干。施加正负电压，电致变红外发射率薄膜的发射率不同，即实现了电致变红外发射率薄膜的功能。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、(1)本发明中的电致变红外发射率薄膜采用掺杂氧化锌纳米晶作为变红外发射率材料，通过控制三价金属离子的掺杂量为0.1～10％左右，使掺杂氧化锌纳米晶的局域表面等离子体共振(lspr)吸收峰位于3～14μm红外波段，通过电化学的方法实现了对2.5～14μm的红外波段的调控。

28、(2)本发明制备得到的电致变红外发射率薄膜使用友明材料作为红外高反射率基底时，制备得到的电致变红外发射率薄膜为透明性状，解决了现有的红外发射率调节材料均带有固有颜色，不具有光学透明度的问题。

29、(3)本发明中的电致变红外发射率薄膜对3～5μm的红外波段的调控量为0.1～0.6，对8～14μm的红外发射率调控量为0.1～0.6。