一种防强光强热辐射的复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术所提供的防强光强热辐射的复合涂层，该涂层依次包括：玻璃、陶瓷或金属基质上的红外智能层和覆盖在所述红外智能层之外的光限幅层；所述的红外智能层的厚度为５０～５００ｎｍ；所述的光限幅层的厚度为１００～１０００ｎｍ。本发明专利技术还提供了一种在玻璃、陶瓷或金属基质上制备防强光强热辐射的复合涂层防强光强热辐射的复合涂层的方法，该方法，首先，采用射频磁控溅射技术在玻璃、陶瓷或金属基质上溅射形成红外智能层；然后，采用旋转涂布法（Ｓｐｉｎ－ｃｏａｔｉｎｇ）或真空蒸镀法在红外智能层上形成光限幅层。本发明专利技术是在红外智能层之上加上一层光限幅层，改善了现有ＶＯ↓［２］薄膜的性能，不仅有利于环保，还能用于防强光强热辐射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合涂层材料的领域，特别涉及一种防强光强热辐射的复合涂层及其制 备方法。
技术介绍
二氧化钒(V02)在68°C左右会发生半导体/金属相变，并且相变是可逆的，相变 前后VO2的光学和电学性质发生巨大改变。红外透射率由半导体相的70。/。或以上降至金 属相的不到10%或更低，电阻率的改变可达到3 5个数量级。由于V02的相变温度是 所有材料中最接近室温的，而且只需通过少量的掺杂高价态金属，如钨(W)、钼(Mo) 等，很容易将相变温度降到使人感到舒适的室温范围。因此，很适合于制作"智能玻璃" 或军事用途的强光、强热防护涂层。比如1、 当夏天室外温度较高时，涂在建筑物玻璃上的掺杂V02发生相变，从半导体相 变成金属相，极大地反射红外波段的电磁波，阻止热量通过窗户进入室内，使室内保持 相对凉爽。减少或避免制冷空调的使用，当冬天室外温度较低时，户外的温度不足以使 V02发生相变，处在半导体相的V02允许热量从室外进入室内。当室内的温度高到使 V02发生相变时，这时V02还可以有效地阻止室内的热量通过窗户向室外流失，减少或避免制热空调的使用，从而实现大量节约电力能源的目的。2、 实验证明，在夏天有阳光照射不开车窗和空调的情况下，汽车驾驶室内会测有 60。C 80。C的高温，冬天时车内、外温度则几近相等，此时开动制冷、制热车用空调， 会增加油料消耗30% 40%，国内、外汽车数以亿计，当具有这种功能的智能玻璃用于 汽车等交通运输工具上时，必将大量节约油料的消耗。3、 随着科学技术的发展，现代战争中会越来越多使用能产生高亮度、高热量的新 式武器，如激光武器、核武器。为了防止此种武器烧伤军事人员的眼睛或设备，必要的 防护措施显得尤为重要，具有光(热)开关特性的V02是一种具有很好发展前景的防护 器材，特别是对红外波段强光辐射的衰减和防护效果更为明显，氧碘激光波长为 1.315pm，氟化気激光波长为2.7pm，这些都是作为高功率超大能量战略激光武器所用 的激光器件和输出波长，对该激光的防护已势在必行，特别是卫星上的光电传感器、武 器装备光学窗口、作战人员眼的防护等。它与传统的多层介质膜的作用机理不同，它不是利用膜层的折射和反射原理衰减激光，而是利用热致相变原理对强光进行有效衰减， 当激光与核闪光等强光辐射对薄膜产生作用并达到相变阈值时，V02薄膜的电导率发生 变化，其间的电子排列顺序改变，从而由半导体变成金属使得光束不能通过，产生相变 的响应时间达10皮秒(ps)，甚至上限可达飞秒(fs)量级，V02薄膜的这种光限幅特 性，非常适合于目前大量装备使用的激光武器的防护，特别是对多波段、短脉冲、可调 谐激光的防护，传统的线性激光防护镜仅能对某些特定波长激光进行防护，而且很难保 证防护镜对激光的高衰减和高可见光透过率两项指标的兼顾，如采用包含V02薄膜技术的强光限幅器，则容易实现在强光照射时的低透过率，弱光照射时的高透过率，如此， 不仅起到了对激光的有效防护作用，而且不影响人眼对目标的观察和可视度。因此，研究V02，特别是掺杂V02的用于玻璃、陶瓷或金属基质上的复合涂层就显得尤为重要，具有很重要的科研和商业价值。中国专利95196132.2公开了一种掺杂和未 掺杂的V02微粒制备方法，将该微粒分散到一种建筑用的清漆中，可以刷在建筑物及门 窗、车身上；中国专利200410051966.4公开了一种将V02系列粉体和高聚物做成复合 材料贴膜，就玻璃涂层而言，无论是刷漆还是贴膜，都比较难以控制成膜的厚度、均匀 性和粘着力，只有涂层比较薄且比较致密、牢固，才能保证有效的透光、透热性能；中 国专利200410060770.1公开了一种采用离子束反应溅射法沉积相变温度可调的氧化钒 薄膜的方法。由于采用了先溅射(依次溅射氧化硅、氮化硅，氧化钒)，后退火的方法， 该工艺需要高温且相对复杂，另外由于使用的是硅片而不是玻璃基质做衬底。这种制备 薄膜的工艺不适合普通玻璃、陶瓷或金属基质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决上述问题，本专利技术提供了一种防强光强热辐射的复合涂层，及其直接在玻璃、陶瓷或金属基质上采用射频磁控溅射制备掺杂型热色V02复合薄膜的方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的防强光强热辐射的复合涂层，其特征在于，该涂层依次包括玻璃、陶瓷或金属基质上的红外智能层和覆盖在所述红外智能层之外的光限幅层；所述的红外智能层的厚度为50 500nm;所述的光限幅层的厚度为100 1000nm。作为本专利技术的一种改进，所述的红外智能层为二氧化钒涂层，优选地，所述的二氧化钒涂层是含有氧量略小于化学计量含量的二氧化钒涂层，掺杂高价态金属，其化学式 为Vi.xMx02，式中0《x《0.3，M为高价态金属；所述的高价态金属为钨、钼、铌或钽。 该优选的红外智能涂层在较低的温度下，可透过大部分热量；在温度较高的条件下，红 外智能涂层发生半导体/金属相变，将红外波段加以限制的部分或全部反射，有效地阻止 (光)热的穿透。作为本专利技术的又一种改进，所述的光限幅层为金属大环配合物的有机层，优选地， 所述的金属大环配合物为金属酞菁配合物。该优选的光限幅层，例如酞菁镍(NiPc)， 在光线比较弱时，具有光(热)増透作用；在强光或强热辐照下，能迅速将光能变成部 分热，同时红外智能层吸收热量发生相变，阻隔红外波段的热(光)。为实现本专利技术的再一目的，本专利技术还提供了一种在玻璃、陶瓷或金属基质上制备防 强光强热辐射的复合涂层防强光强热辐射的复合涂层的方法，该方法，首先，采用射频 磁控溅射技术在玻璃、陶瓷或金属基质上溅射形成红外智能层；然后，采用旋转涂布法 (Spin-coating)或真空蒸镀法在红外智能层上形成光限幅层。作为上述方法的一种改进，所述采用射频磁控溅射技术在玻璃、陶瓷或金属基质上 溅射形成红外智能层的步骤如下1) 基质的清洗用碱性清洗液擦洗基质，然后用超声波清洗器依次加丙酮、酒精清洗，最后将其放入样品台上；2) 真空的获得和溅射镀膜.-分别用机械泵和分子泵将真空抽至6x10—4Pa~4xl0—3Pa，开启加热装置，给样品加 温到400。C 600。C，然后同时通入氩气和氧气，用流量计控制气体的流量，溅射功率 100W 150W;溅射时间为30 120分钟，开启射频装置溅射，靶材为金属钒，或者在 金属钒上对称放置待掺杂的金属，同时溅射钒和待掺杂金属；3) 溅射结束后，关闭溅射源，自然冷却至室温后，取出样品。作为上述方法的又一改进，所述旋转涂布法是将光限幅材料，例如酞菁镍(NiPc)， 溶于有机溶剂，将上述带有红外智能层的样品放在旋转涂布机(spin-coater)上，滴几 滴上述有机溶液，先用100 500圈/分钟(rpm)的转速将溶液均匀铺满整个样品，然 后，用1000 5000rpm的转速成膜，成膜厚度约在100 500nm;上述采用的化学试剂 均为分析纯。作为上述方法的再一改进，所述真空蒸镀法是将上述带有红外智能层的样品放入真 空腔中，抽真空至6x10—4Pa~4xlO—3Pa，将光限幅材料放入石英皿中，采用束源炉加热 蒸镀，还可在衬底处加热。本专利技术的优点在于，本专利技术所提供的防强光强热辐射的复合涂层及其在玻璃、陶瓷 或金属基质上制备掺杂型热色V0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防强光强热辐射的复合涂层，其特征在于，该涂层依次包括：玻璃、陶瓷或金属基质上的红外智能层和覆盖在所述红外智能层之外的光限幅层；所述的红外智能层的厚度为５０～５００ｎｍ；所述的光限幅层的厚度为１００～１０００ｎｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯克安，王学进，孔繁泽，
申请(专利权)人：北京尚潮新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]