一种宽谱辐射探测器吸收层的制备方法与流程

本发明属于太赫兹探测技术领域，涉及从毫米波波段到太赫兹波段及红外、可见光波段的高热传导性和较高吸收率的材料，尤其是一种宽谱辐射探测器吸收层的制备方法。

背景技术：

太赫兹辐射是对一个特定波段的电磁辐射的统称，其频率范围为0.1thz～10thz，是介于光学远红外与微波之间的特殊波段，处于电子学与光学这两个研究领域之间，兼具有光学与微波的特性。近年来，得益于超快光电子技术和低尺度半导体技术的发展，为太赫兹波段提供了合适的光源和探测手段，太赫兹科学和技术得到飞速的发展，使人们认识到太赫兹在物理、化学、生物、医学、材料、天文等众多领域具有非常重要的学术和应用价值，使太赫兹科学与技术成为当前国际上最前沿、最热点的研究领域之一。

尽管人们已经认识到太赫兹波段的重要科学意义，但该波段仍然是有待全面开发和研究的电磁频率窗口，目前仍有很多制约其发展与应用的因素，太赫兹信号探测技术的缺乏是制约因素之一。这包括探测灵敏度、带宽、响应时间、以及探测器准确性等问题。因此发展具有响应速度快、灵敏度高、分辨力足够、稳定性强的探测器将极大地推动太赫兹技术的发展。

制作太赫兹辐射探测器的关键是寻找在太赫兹波段具有良好吸收率的材料，并研制出低测量不确定度的测量设备。太赫兹探测器吸收层一般有以下几点要求：(1)太赫兹波段吸收率高(优于85％)；(2)低热容，高热导；(3)较高硬度薄膜特性，以保证涂层吸收率的稳定性；(4)好的工艺重复性和工艺稳定性。经实验发现太赫兹吸收材料普遍存在光谱吸收性和热学特性要求的矛盾性，目前可选择的吸收材料主要是颗粒状高纯碳化硅和3m黑漆等，某些有机材料虽然吸收率较高，但导热性差，不宜使用。颗粒状高纯碳化硅又以大颗粒状的吸收率高，这样整个涂层较厚，不但不易将吸收的太赫兹辐射产生的热流传导到热探测器上，而且也容易通过辐射、传导、对流产生较多的热损失。吸收材料不仅要求有高的吸收率，还要求有低的热损耗，此外大颗粒状高纯碳化硅的粘合剂也是影响太赫兹吸收和热传导的重要因素。因此不能单纯追求材料的太赫兹吸收，还要考虑太赫兹吸收后热损失的大小。

鉴于单表面吸收涂层无法在宽波段实现平坦响应，而且因干涉影响、反射率随温度变化及热损失影响，单表面实际吸收率稳定性差。根据腔型宽谱辐射探测器的结构特点，可以通过探测器腔体的多次吸收实现太赫兹的宽光谱吸收；因此单表面吸收层的反射率和热损失控制在(5-15)％即可，同时吸收层要具备吸收层热容低、热导率高、性能稳定的特点。综上所述，制作腔型宽谱辐射探测器的关键是制备太赫兹吸收率在85％以上但热传导性好而且涂层薄、热损失低的吸收材料。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种宽谱辐射探测器吸收层的制备方法，用于太赫兹辐射探测器吸收层的制作，能有效提高探测器的太赫兹吸收率，具有宽谱辐射吸收(从毫米波到太赫兹波以及红外波段)、高热导、高灵敏度快响应的特点。

本发明的技术方案如下：

一种宽谱辐射探测器吸收层，从顶层至底层依次为太赫兹主吸收层、电加热层、电绝缘层、太赫兹反射层。

太赫兹主吸收层采用2-3种导电高分子材料喷涂，以实现吸收率的稳定可靠和吸收的宽光谱范围；采用耐高温、硬度高、可实现薄涂层的涂层粘合材料，形成含粘结剂的均匀混合涂层。太赫兹主吸收层实现太赫兹的电损耗和介电损耗吸收。

电加热层采用电加热涂层阻值稳定度高、厚度薄、硬度高、导热，并能对太赫兹有一定吸收的材料，用于量值复现。

电绝缘层用于隔离电加热层和探测器热端面的基底材料，要求电绝缘好、厚度薄、硬度高、导热好，并能对太赫兹有一定吸收。

太赫兹反射层喷涂于电绝缘层的另一面，用于反射太赫兹波，以提高吸收层的吸收率。

为提高探测器的响应速度，减小环境温度波动影响，降低吸收层热损失，宽谱辐射探测器吸收层厚度控制在0.2mm～0.5mm之间。

宽谱辐射探测器吸收层的制备方法如下：

步骤1：取基底材料作为第3层电绝缘层

步骤2：选用阻值稳定性、硬度较高、导热性强、太赫兹波反射率低的电阻浆料做为电加热层材料，采用粘合剂将材料均匀混合，通过喷涂方式在电绝缘层某一面上形成第2层，随后通过晾晒或烘干的方式使第2层固化在第3层上；

步骤3：待选用太赫兹吸收率高、耐高温、硬度高、可实现薄膜样涂层的2～3种高分子材料，采用粘合剂将高分子材料均匀混合，用含粘合剂的混合物作为太赫兹主吸收层的材料，通过喷涂方式在电加热层上形成第1层；

步骤4：选用太赫兹反射率高、耐高温、可实现薄膜样涂层的材料，采用粘合剂将材料均匀混合，形成太赫兹反射层材料。通过喷涂方式在基底材料(电绝缘层)另一面上形成第4层。随后通过晾晒或烘干的方式使第4层固化在第3层的另一面上，完成制备。

以上步骤中所述的电绝缘层材料可以是电绝缘的任何形状的固态物体；粘合剂喷涂是指用喷枪喷涂、敷涂、刷涂或溅射；所述的晾晒为自然干燥，烘干为电加热干燥，电加热干燥温度为50℃～150℃。

本发明的效果和益处是：

(1)本方法制备工艺简单，可以直接喷涂在目标物体表面，无需特殊工作环境即可以很好控制膜层厚度，并保证薄膜的均匀性和强的附着能力，在低成本下具有很高的产出率；

(2)形成的吸收层具有较高硬度薄膜特性，收层总体厚度不超过0.5mm，吸收层较薄，且具有导热率高的特性，有效提高了探测器的响应速度，减小环境温度波动影响，降低吸收层热损失，有效保证涂层吸收率的稳定性；

(3)基于该吸收层的辐射探测器对太赫兹波的吸收更合理。单片吸收率过高，辐射将集中吸收在某一个温度传感器上，不利于探测器实现响应的空间均匀性。吸收层太赫兹总吸收率取决于辐射吸收率和热吸收率，当单片吸收率控制在85％～95％，通过全封闭腔结构实现多次吸收大幅降低吸收层厚度和热阻，减少热损失，因此具有更高的总吸收率，同时大大提高探测器响应的空间均匀性。

附图说明

图1宽谱辐射探测器吸收层结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种宽谱辐射探测器吸收层，如说明书附图1所示，从顶层至底层依次为太赫兹主吸收层、电加热层、电绝缘层、太赫兹反射层。太赫兹主吸收层采用2-3种导电高分子材料喷涂，以实现吸收率的稳定可靠和吸收的宽光谱范围；采用耐高温、硬度高、可实现薄涂层的涂层粘合材料，形成含粘结剂的均匀混合涂层。电加热层采用电加热涂层阻值稳定度高、厚度薄、硬度高、导热，并能对太赫兹有一定吸收的材料；电绝缘层用于隔离电加热层和探测器热端面的基底材料；太赫兹反射层喷涂于电绝缘层的另一面。宽谱辐射探测器吸收层厚度控制在0.2mm～0.5mm之间。

实施例

宽谱辐射探测器吸收层的制备方法如下：

步骤1：选用0.3mm厚度，50mm×50mm的陶瓷片作为基底材料，制成第3层电绝缘层；

步骤2：选用rd65724电阻浆料，占比5％～30％，做为电加热层材料，选用3m黑漆并添加固化剂或导热剂辅助材料，占比70％～95％，均匀混合，通过喷涂方式在电绝缘层某一面上形成第2层，随后通过晾晒或烘干的方式使第2层固化在第3层上；

步骤3：选用改性多壁碳纳米粉与纳米四氧化铁粉的组合，各自占比2.5％～15％，粘合剂选用3m黑漆并添加固化剂或导热剂辅助材料，占比70％～95％，采用粘合剂将高分子材料均匀混合，用含粘合剂的混合物作为太赫兹主吸收层的材料，通过喷涂方式在电加热层上形成第1层，随后通过晾晒或烘干的方式使第1层固化在第2层上；

步骤4：选用银浆，占比5％～30％作为薄膜样涂层材料，粘合剂选用3m黑漆并添加固化剂或导热剂辅助材料，占比70％～95％，采用粘合剂将材料均匀混合，形成太赫兹反射层材料，通过喷涂方式在电绝缘层另一面上形成第4层，随后通过晾晒或烘干的方式使第4层固化在第3层的另一面上，完成制备。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。