一种具有波段选择性的红外辐射调制器及其制备方法

本发明涉及红外伪装，尤其涉及一种具有波段选择性的红外辐射调制器及其制备方法。

背景技术：

1、在红外伪装中常常利用低发射率材料降低物体的红外辐射。但是此类材料的发射率往往无法调控，而且在整个红外波段的发射率都较低，由此产生的热不稳定性对于许多应用而言具有负面影响。因此，具有波长选择性、能够动态控制红外发射率的材料对于红外辐射调控具有重要意义。例如针对红外伪装而言，材料应在3-5μm和8-14μm的大气窗口内具有较低发射率，但是5-8μm非大气窗口波段具有较高发射率，从而即降低被探测的概率，又能够充分利用辐射形式耗散系统废热。虽然可以采用光子晶体和人工微纳结构设计的超材料实现多波段红外发射率调控，但是面临着价格高昂、难以大面积制备的困境。而且上述设计无法随外界环境或应用需求的改变而动态调控发射率，因此在实际应用中存在较大的局限性。

2、近年来，研究者开始关注动态伪装材料与波长选择性调制器的结合。在众多具备动态调控能力的材料中，石墨烯在红外至太赫兹频率下的优秀电可调性能，是构建超表面的理想材料。多层石墨烯已被证明是一种具有极高灵活性和可控性的优异动态发射率调制材料，可在非常宽的光谱范围内对电磁辐射进行有效和快速调控。

技术实现思路

1、本发明的目的之一，在于提供一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其由下至上包括背电极、电解质、隔膜、多层石墨烯、周期阵列层、半导体层和顶部金属层。

2、本发明所述的波段选择特性为，在大气窗口3-5μm和8-14μm的发射率低，在5-8μm波段的发射率高。

3、在本发明的优选实施例中，所述的周期阵列层为微球周期阵列，所选微球的直径为0.5-8μm。

4、在本发明的优选实施例中，相邻两个微球中心点距离范围为0.5-8.5μm。

5、在本发明的优选实施例中，其特征在于：所述微球的材料为聚苯乙烯。

6、在本发明的优选实施例中，所述的半导体层的材料为硅，半导体层的厚度为0.1-0.4μm。

7、在本发明的优选实施例中，所述顶部金属层的厚度为3-10nm。

8、在本发明的优选实施例中，所述的顶部金属层的材料为金或银。

9、本发明的另一目的，在于提供一种具有波段选择特性的红外调制器的制备方法，其包括如下步骤：

10、步骤一，将多层石墨烯转移至隔膜上，得到隔膜/石墨烯薄膜层结构；

11、步骤二：形成单层微球阵列，将微球阵列转移到石墨烯表面，干燥后得到周期阵列层；

12、步骤三：利用磁控溅射法或电子束蒸镀法在步骤二得到的隔膜/多层石墨烯/微球阵列结构上分别沉积半导体层和金属层，得到隔膜/石墨烯/周期阵列层/半导体/金属层结构；

13、步骤四，将电解质滴加在背电极上，然后将背电极与隔膜粘合，得到背电极/电解质/隔膜/多层石墨烯/微球阵列/半导体层/金属层结构，即具有红外波段选择特性的调制器。

14、在本发明的优选实施例中，步骤一中，先利用化学气相沉积法在甲烷、氢气和氩气环境中，于镍箔表面生长多层石墨烯；然后将生长有多层石墨烯的镍箔，置于过硫酸铵溶液中，直至镍箔被完全刻蚀，剩下悬浮的石墨烯薄膜，转移至隔膜上，得到隔膜/石墨烯薄膜层结构。

15、在本发明中，所述动态调控层，将直流电源/信号发生器引出的负极与背电极相接，正极与的多层石墨烯相接；施加不同电压即可调控离子插入状态，实现红外辐射调控。

16、本发明针对现有多层石墨烯离子插层式红外辐射调控技术存在的调控波段单一、器件易氧化等问题，提供了利用可低成本大面积制备的微球阵列覆盖多层石墨烯，通过构建微腔结构，实现具有波段选择性的红外调制。同时由于半导体层的封装，实现了器件寿命的提升。

17、综上，本发明创新性地在多层石墨烯表面构建超表面辐射层，利用ps球阵列堆叠的多层结构，实现了具有波段选择特性的红外辐射调制器。

技术特征：

1.一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其特征在于：由下至上包括背电极、电解质、隔膜、多层石墨烯、周期阵列层、半导体层和顶部金属层。

2.根据权利要求1所述的一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其特征在于：所述的波段选择特性为，在大气窗口3-5μm和8-14μm的发射率低，在5-8μm波段的发射率高。

3.根据权利要求1所述的一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其特征在于：所述的周期阵列层为微球周期阵列，所选微球的直径为0.5-8μm。

4.根据权利要求3所述的一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其特征在于：相邻两个微球中心点距离范围为0.5-8.5μm。

5.根据权利要求3或4所述的一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其特征在于：所述微球的材料为聚苯乙烯。

6.根据权利要求1所述的一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其特征在于：所述的半导体层的材料为硅，半导体层的厚度为0.1-0.4μm。

7.根据权利要求1所述的一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其特征在于：所述顶部金属层的厚度为3-10nm。

8.根据权利要求1所述的一种具有波段选择特性的红外辐射调制器，其特征在于：所述的顶部金属层的材料为金或银。

9.一种具有波段选择特性的红外调制器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的一种具有波段选择特性的红外调制器的制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种具有波段选择性的红外辐射调制器及其制备方法，所述红外辐射调制器由下至上包括背电极、电解质、隔膜、多层石墨烯、周期阵列、半导体层、顶部金属层。该红外辐射调制器可调控大气窗口(3‑5μm和8‑14μm)的发射率，并保持5‑8μm波段的高发射率。该红外辐射调制器可根据环境变化以及应用需求，选择性动态调控中远红外波段发射率，在红外伪装等领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：张宇锋,林通,柯海波,张学骜,林明源
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12