氯化石墨烯材料、制备方法及隐身空间太阳电池技术

本发明专利技术公开了一种氯化石墨烯材料、制备方法及隐身空间太阳电池，制备方法包括：将金属薄膜放置于MOCVD系统腔体的靶台上，抽真空至＜10

【技术实现步骤摘要】
氯化石墨烯材料、制备方法及隐身空间太阳电池


[0001]本专利技术属于电磁波吸收材料领域，具体涉及氯化石墨烯材料、制备方法及隐身空间太阳电池。

技术介绍

[0002]随着包括卫星在内的空间飞行器的广泛应用和其在国防、经济、科技等领域的巨大作用，空间飞行器的安全保障和生存能力面临日趋严峻的挑战。其中空间飞行器的雷达可探测性成为其在轨任务期安全与生存面临的重要威胁之一。例如，对于典型卫星而言，其太阳电池阵展开后所占面积达整体面积的80％以上，成为主要的雷达散射截面，并且太阳电池阵展开后的平面结构也是雷达侦测的绝佳目标。因此太阳电池阵隐身技术成为空间飞行器隐身技术的重要组成部分，也是在面临外部威胁时保障飞行器安全的重要前提之一。
[0003]现有的传统微波吸收技术材料通常为不透明材料，此材料虽然吸波效率较高，能够通过有效减小雷达散射截面来为一般设备提供微波隐身性能。然而，由于传统材料的不透明性，其无法在为太阳电池提供吸波能力的同时保持电池阵的供电能力，因此无法适用于空间太阳电池阵。而目前已有的可透光微波屏蔽材料技术通常采用导电氧化物材料或基于导电氧化物材料的表面结构化薄膜，此类薄膜较为成熟的应用为透明
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微波反射屏蔽薄膜，即通过反射来屏蔽微波，但反射屏蔽材料无法应用于雷达隐身技术。而通过阻抗匹配或多层膜结构等技术调制的透明
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吸波导电氧化物或类似的功能材料薄膜通常能够在一定程度上满足透明吸波等技术要求，但通常用于地面通讯器件或飞机座舱玻璃等领域。
[0004]现有技术提供的技术方法与装置在一定程度上满足了可见光波段透明与微波波段吸收屏蔽的效果，具有应用价值。但对于空间太阳电池阵而言，上述材料仍然存在透明度相对较低且面密度较大的问题。这些问题一方面会导致电池阵与空间太阳光谱失配，电池效率下降可达35％以上；另一方面，其在太阳电池阵上封装困难、重量大，空间可靠性较低且严重影响空间飞行器的有效载荷。另外其存在针对特定微波波段调节困难、灵活度低等问题。
[0005]因此迫切需要寻找宽光谱透明度高、面密度低、吸波性能好、环境适应性强的适用于空间太阳电池阵的隐身材料与技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决现有的透明吸收屏蔽介质技术中，材料透明度较低、面密度与重量较大、无法满足大面积空间太阳电池工况下使用的问题。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种氯化石墨烯材料的制备方法，包括：
[0008]将金属薄膜放置于MOCVD系统腔体的靶台上，抽真空至＜10
‑4Torr；
[0009]通入氢气和氩气，气体流量50sccm
‑
100sccm，靶台温度800℃
‑
1100℃；
[0010]停止通入氢气和氩气，通入甲烷，气体流量25sccm
‑
50sccm，反应时间0.5h
‑
3h；
[0011]停止通入甲烷，在可见光照射下，通入氯气，气体流量30sccm
‑
70sccm，靶台温度
550℃
‑
750℃，反应时间0.5h
‑
2h；
[0012]停止通入氯气，以5℃/s
‑
20℃/s的速率降温至室温，获得所述的氯化石墨烯材料。
[0013]可选地，将所述的金属薄膜放置于所述靶台之前，包含在所述的金属薄膜上加工微结构的步骤。
[0014]可选地，包含后处理步骤：对所述的氯化石墨烯材料进行去胶、酸洗、剥离。
[0015]本专利技术还提供了一种上述方法制备的氯化石墨烯材料。
[0016]一种隐身太阳电池，包括依次层叠的第一石墨烯层、介质层、第二石墨烯层、连接层和电池结构；
[0017]所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层包含权利要求4所述的氯化石墨烯材料；
[0018]所述介质层包含二氧化硅；
[0019]所述连接层包含聚乙烯醇缩丁醛。
[0020]可选地，所述第一石墨烯层上包含第一十字结构，所述第一十字结构的臂长4mm
‑
8mm，臂宽2mm
‑
5mm。
[0021]可选地，所述第二石墨烯层上包含第二十字结构，所述第二十字结构的臂长1mm
‑
3mm，臂宽1mm
‑
2mm。
[0022]可选地，所述电池结构包括依次层叠的正电极、空间电池和负电极，所述正电极设置于所述连接层的一侧。
[0023]可选地，所述空间电池为砷化镓电池；
[0024]所述正电极为银正电极，厚度4μm
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6μm；
[0025]所述负电极为银负电极，厚度7μm
‑
9μm。
[0026]可选地，所述介质层的厚度为110μm
‑
130μm；
[0027]所述连接层的厚度为140μm
‑
160μm。
[0028]本专利技术的有益效果为：
[0029](1)本专利技术通过光氯反应对石墨烯进行氯掺杂，改变了透明石墨烯的费米能级，实现了对微波屏蔽吸收峰位置的调控，在不改变隐身盖片整体结构的同时实现了微波吸波频率的调制功能。
[0030](2)本专利技术以透明掺杂石墨烯作为图形化亚波长透明吸波材料，材料的光谱透明度高、面密度低，解决了将空间太阳电池隐身材料封装后，光谱失配导致效率大幅衰降的问题。
[0031](3)与现有技术相比，本专利技术在材料的透明度、面密度、吸波性能、吸波可调制性、制作难度及成本等方面具有优势。
附图说明
[0032]图1为本专利技术提供的隐身空间太阳电池的结构示意图。
[0033]图2为本专利技术提供的隐身空间太阳电池的亚波长微结构最小重复单元示意图。
[0034]图3为本专利技术提供的隐身空间太阳电池在380
‑
780nm波段的平均透过率曲线。
[0035]图4为本专利技术提供的隐身空间太阳电池在780
‑
2000nm波段的平均透过率曲线。
[0036]图5a为本专利技术提供的隐身空间太阳电池雷达反射截面(RCS)(phi＝0)切面图。
[0037]图5b为为覆盖本专利技术提供的氯化石墨烯材料的空间太阳电池雷达反射截面(RCS)
(phi＝0)切面图。
[0038]图6为本专利技术提供的隐身空间太阳电池吸波屏蔽效率曲线。
[0039]图7为本专利技术提供的覆盖了不同Cl掺杂浓度的材料的隐身空间太阳电池微波吸收峰变化对比图。
[0040]图中，1
‑
第一石墨烯层，10
‑
第一十字结构，2
‑
介质层，20
‑
第二十字结构，3
‑
第二石墨烯层，4
‑
连接层，5
‑
电池结构，51
‑
正电极，52
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括：将金属薄膜放置于MOCVD系统腔体的靶台上，抽真空至＜10
‑4Torr；通入氢气和氩气，气体流量50sccm
‑
100sccm，靶台温度800℃
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1100℃；停止通入氢气和氩气，通入甲烷，气体流量25sccm
‑
50sccm，反应时间0.5h
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3h；停止通入甲烷，在可见光照射下，通入氯气，气体流量30sccm
‑
70sccm，靶台温度550℃
‑
750℃，反应时间0.5h
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2h；停止通入氯气，以5℃/s
‑
20℃/s的速率降温至室温，获得所述的氯化石墨烯材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述的金属薄膜放置于所述靶台之前，包含在所述的金属薄膜上加工微结构的步骤。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包含后处理步骤：对所述的氯化石墨烯材料进行去胶、酸洗、剥离。4.一种由权利要求1
‑
3所述的任意一项方法制备的氯化石墨烯材料。5.一种隐身太阳电池，其特征在于，包括依次层叠的第一石墨烯层、介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建明，郑通，马宁华，蒋帅，陈国铃，宋琳琳，杨瑰婷，顾伟伟，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：