智能热控器件及其制备方法与流程

1.本技术涉及航天器热控技术领域，具体地，涉及一种智能热控器件及其制备方法。


背景技术：

2.在轨道空间环境中，航天器内部与外空间环境的主要热交换方式为热辐射。由于外部环境温度波动范围大，为使航天器内部的温度处于合适的范围，保证各设备部件的正常工作，必须采用有效的热控技术。而智能热控器件是一种较新的热控技术，智能热控器件因其能根据环境变化来调整自身的热物性参数而实现对热控对象的温度控制，但目前的智能热控器件一般只能调控自身的红外发射率，无法调控吸收发射比(太阳吸收比与红外发射率比值)。


技术实现要素：

3.本技术实施例中提供了一种智能热控器件及其制备方法，以解决智能热控器件一般只能调控自身的红外发射率，无法调控吸收发射比的问题。本技术的第二个目的是提供一种智能热控器件制备方法。
4.为了达到上述目的，本技术提供如下技术方案：
5.本技术实施例提供了一种智能热控器件，其包括：依次层叠设置的基底层、石墨烯层、氧化钨层、钛酸镧锂层、氧化镍层、氧化铟锡层、第一氧化硅层和金属层和第二氧化硅层。
6.在一些实现方式中，所述金属层的材质为铝或银。
7.在一些实现方式中，所述基底层的材质为超白玻璃。
8.在一些实现方式中，所述石墨烯层包括多个石墨烯子层。
9.在一些实现方式中，所述基底层的厚度小于等于0.25mm。
10.在一些实现方式中，所述石墨烯层在200～2500nm太阳光谱范围的透过率大于等于0.85，表面单位电阻率小于等于500ω。
11.在一些实现方式中，所述氧化钨层的厚度为200～400nm；所述钛酸镧锂层的厚度为200～400nm。
12.在一些实现方式中，所述氧化镍层的厚度为100～300nm；所述氧化铟锡层的厚度为100～300nm。
13.在一些实现方式中，所述第一氧化硅层的厚度为350～600nm；所述金属层的厚度为100～300nm；所述第二氧化硅层的厚度为200～500nm。
14.本技术还提供了一种智能热控器件制备方法，其包括：
15.采用气相沉积法及化学转移方法在超白玻璃上制备石墨烯层；
16.采用磁控溅射法在所述石墨烯层上依次制备氧化钨层、钛酸镧锂层、氧化镍层、氧化铟锡层、第一氧化硅层、金属层、第二氧化硅层。
17.采用本技术实施例中提供的智能热控器件及其制备方法，相较于现有技术，具有
以下技术效果：
18.本技术的智能热控器件通过设置氧化钨层、钛酸镧锂层、氧化镍层、氧化铟锡层、第一氧化硅层、金属层、第二氧化硅层后，有利于拓宽其太阳吸收比变化范围，达到0.22～0.82，而该智能热控器件的红外光谱发射率保持在0.80～0.82，太阳吸收比与红外发射率比值可在0.23～1.0之间调控；该智能热控器件可根据空间光照环境变化来智能调控自身的吸收发射比，从而实现对热控对象温度的智能调控，在空间飞行器热控领域具有广阔应用前景。
19.为了达到上述第二个目的，本技术还提供了一种智能热控器件其制备方法，其也具有相应的技术效果。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
21.图1为本技术实施例提供的智能热控器件的结构示意图。
22.附图中标记如下：
23.101、基底层；102、石墨烯层；103、氧化钨层；104、钛酸镧锂层；105、氧化镍层；106、氧化铟锡层；107、第一氧化硅层；108、金属层；109、第二氧化硅层。
具体实施方式
24.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.参见图1所示，在一个或多个实施例中，本技术提供了一种智能热控器件，其采用电驱动进行控制，智能热控器件其包括：依次层叠设置的基底层101、石墨烯层102、氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107和金属层108和第二氧化硅层109。石墨烯层具有较低的太阳吸收比的特点，石墨烯层作为透明导电电极来使用；钛酸镧锂层104具有离子导电且电子绝缘的特点，钛酸镧锂层104作为固态电解质来使用。在一个实施例中，基底层101、石墨烯层102、氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107和金属层108和第二氧化硅层109由下至上依次层叠，基底层101位于最下层，第二氧化硅层109位于最上层。
26.在一些实施例中，金属层108的材质为铝或银。
27.在一些实施例中，基底层101的材质为超白玻璃。
28.在一些实施例中，石墨烯层包括多个石墨烯子层，在一个实施例中，石墨烯子层的数量为3个，3个石墨烯子层之间层叠设置。
29.在一些实施例中，基底层101的厚度小于等于0.25mm，当基底层101的厚度小于等于0.25mm时，石墨烯层在200～2500nm太阳光谱范围的透过率大于等于0.85，表面单位电阻率小于等于500ω。
30.200～2500nm表达大于等于200nm小于等于2500nm的含义。即在本技术中，通过“～”表达的范围均包括两端的端值。
31.在一些实施例中，氧化钨层103的厚度为200～400nm，示例性的，氧化钨层103的厚度为220～300nm。
32.在一些实施例中，钛酸镧锂层104的厚度为200～400nm。
33.在一些实施例中，氧化镍层105的厚度为100～300nm，示例性的，氧化镍层105的厚度为150～200nm；
34.在一些实施例中，氧化铟锡层106的厚度为100～300nm，示例性的，氧化铟锡层106的厚度为150～250nm。
35.在一些实施例中，第一氧化硅层107的厚度为350～600nm，示例性的，第一氧化硅层107的厚度为400～500nm；
36.在一些实施例中，金属层108的厚度为100～300nm；
37.在一些实施例中，第二氧化硅层109的厚度为200～500nm。
38.在一个或多个实施例中，本技术还提供了一种智能热控器件制备方法，其包括：
39.步骤s101、采用气相沉积法及化学转移方法在超白玻璃上制备石墨烯层；
40.步骤s102、采用磁控溅射法在所述石墨烯层上依次制备氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107、金属层108、第二氧化硅层109。
41.在至少一个实施例中，本技术的智能热控器件及其制备方法，使得智能热控器件整体保持高红外发射率状态，通过外加电压来调整锂离子在氧化钨层103和氧化镍层105中的分布状态来调控智能热控器件的太阳吸收比，进而以调控智能热控器件整体的太阳吸收发射率比。另外，通过调整智能热控器件的太阳光谱范围内吸收率的同时，通过超白玻璃来保证智能热控器件具有约≥0.80的红外发射率，且保持稳定，不随吸收率变化而变化，从而实现智能热控器件的吸收发射比可调控；太阳吸收比与红外发射率比值可在0.23～1.00之间调控。另外，其通过调整和优化氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、金属层108和第一氧化硅层107的厚度，拓宽了太阳吸收比变化范围，达到0.22～0.82，而该智能热控器件的红外光谱发射率保持在0.80～0.82；该智能热控器件可根据空间光照环境变化来智能调控自身的吸收发射比，从而实现对热控对象温度的智能调控，在空间飞行器热控领域具有广阔应用前景。
42.下面通过具体的应用实例，以详细的说明本技术智能热控器件。
43.实施例1
44.基底层101的材质为超白玻璃；基底层101的厚度0.25mm，尺寸为60mm
×
60mm；将60mm
×
60mm三个石墨烯子层转移至基底层101的表面，然后采用磁控溅射法依次制备氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107、金属层108和第二氧化硅层109，各层厚度如下：
45.氧化钨层103的厚度为440nm，钛酸镧锂层104的厚度为400nm，氧化镍层105的厚度为250nm，氧化铟锡层106的厚度为300nm，第一氧化硅层107的厚度为350nm，金属铝层的厚度为300nm，第二氧化硅层109的厚度为500nm，其中金属层108的材质为铝。
46.该智能热控器件的太阳吸收比可从0.45调节至0.82，红外发射率为0.82不变，吸收发射比为0.55～1.00。
47.实施例2
48.基底层101的材质为超白玻璃，基底层101的厚度0.25mm，尺寸为60mm
×
60mm；将60mm
×
60mm三个石墨烯子层转移至基底层101的表面，然后采用磁控溅射法依次制备氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107、金属层108和第二氧化硅层109，各层厚度如下：
49.氧化钨层103的厚度为280nm，钛酸镧锂层104的厚度为250nm，氧化镍层105的厚度为230nm，氧化铟锡层106的厚度为230nm，第一氧化硅层107的厚度为400nm，金属铝层的厚度为200nm，第二氧化硅层109的厚度为400nm，其中金属层108的材质为铝。
50.该智能热控器件的太阳吸收比可从0.40调节至0.82，红外发射率为0.82不变，吸收发射比为0.49～1.00。
51.实施例3
52.基底层101的材质为超白玻璃，基底层101的厚度0.25mm，尺寸为60mm
×
60mm；将60mm
×
60mm三个石墨烯子层转移至基底层101的表面，然后采用磁控溅射法依次制备氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107、金属层108和第二氧化硅层109，各层厚度如下：
53.氧化钨层103的厚度为220nm，钛酸镧锂层104的厚度为200nm，氧化镍层105的厚度为170nm，氧化铟锡层106的厚度为100nm，第一氧化硅层107的厚度为450nm，金属铝层的厚度为100nm，第二氧化硅层109的厚度为200nm，其中金属层108的材质为铝。
54.该智能热控器件的太阳吸收比可从0.32调节至0.79，红外发射率为0.82不变，吸收发射比为0.39～0.96。
55.实施例4
56.基底层101的材质为超白玻璃，基底层101的厚度0.25mm，尺寸为60mm
×
60mm；将60mm
×
60mm三个石墨烯子层转移至基底层101的表面，然后采用磁控溅射法依次制备氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107、金属层108和第二氧化硅层109，各层厚度如下：
57.氧化钨层103的厚度为250nm，钛酸镧锂层104的厚度为200nm，氧化镍层105的厚度为170nm，氧化铟锡层106的厚度为200nm，第一氧化硅层107的厚度为350nm，金属铝层的厚度为200nm，第二氧化硅层109的厚度为400nm，其中金属层108的材质为铝。
58.该智能热控器件的太阳吸收比可从0.35调节至0.82，红外发射率为0.82不变，吸收发射比为0.43～1.00。
59.实施例5
60.基底层101的材质为超白玻璃，基底层101的厚度0.25mm，尺寸为60mm
×
60mm；将60mm
×
60mm三个石墨烯子层转移至基底层101的表面，然后采用磁控溅射法依次制备氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107、金属层108和第二氧化硅层109，各层厚度如下：
61.氧化钨层103的厚度为250nm，钛酸镧锂层104的厚度为200nm，氧化镍层105的厚度为170nm，氧化铟锡层106的厚度为200nm，第一氧化硅层107的厚度为450nm，金属铝层的厚度为200nm，第二氧化硅层109的厚度为400nm，其中金属层108的材质为铝。
62.该智能热控器件的太阳吸收比可从0.30调节至0.82，红外发射率为0.82不变，吸收发射比为0.37～1.00。
63.实施例6
64.基底层101的材质为超白玻璃，基底层101的厚度0.25mm，尺寸为60mm
×
60mm；将60mm
×
60mm三个石墨烯子层转移至基底层101的表面，然后采用磁控溅射法依次制备氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107、金属层108和第二氧化硅层109，各层厚度如下：
65.氧化钨层103的厚度为250nm，钛酸镧锂层104的厚度为200nm，氧化镍层105的厚度为170nm，氧化铟锡层106的厚度为200nm，第一氧化硅层107的厚度为600nm，金属铝层的厚度为200nm，第二氧化硅层109的厚度为400nm。
66.该智能热控器件的太阳吸收比可从0.23调节至0.82，红外发射率为0.82不变，吸收发射比为0.28～1.00。
67.实施例7
68.基底层101的材质为超白玻璃，基底层101的厚度0.25mm，尺寸为60mm
×
60mm；将60mm
×
60mm三个石墨烯子层转移至基底层101的表面，然后采用磁控溅射法依次制备氧化钨层103、钛酸镧锂层104、氧化镍层105、氧化铟锡层106、第一氧化硅层107、金属层108和第二氧化硅层109，各层厚度如下：
69.氧化钨层103的厚度为250nm，钛酸镧锂层104的厚度为200nm，氧化镍层105的厚度为170nm，氧化铟锡层106的厚度为200nm，第一氧化硅层107的厚度为550nm，金属铝层的厚度为200nm，第二氧化硅层109的厚度为400nm，其中金属层108的材质为铝。
70.该智能热控器件的太阳吸收比可从0.19调节至0.82，红外发射率为0.82不变，吸收发射比为0.23～1.00。
71.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
72.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。