一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构及其制备方法，微纳结构包括连续相接的基体、反射体和吸收体；基体材料为电介质或金属；反射体为金属层，覆盖在基体上方；吸收体位于反射体上方，是由金属层和电介质层交叠形成的倒锥周期结构或者排列式多尺度共面单元周期结构；其中，倒锥周期结构是由若干倒锥单体呈矩阵周期性排列而成的结构，倒锥单体由至少两组金属层和电介质层交叠形成，顶层为金属层；排列式多尺度共面单元周期结构为连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构或者非连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构。本发明专利技术所公开的等离子体宽带选择性吸收微纳结构，可用于红外隐身和辐射冷却的兼容设计。计。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于红外隐身领域，涉及一种具有红外隐身性能的结构，尤其涉及一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着红外探测技术发展，军事目标的红外隐身问题日益突出，因此研究红外隐身技术，通过各种技术手段来改变目标的可探测性，降低探测系统识别锁定目标的能力，对于提高军事竞争力至关重要。由Stefan
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Boltzmann定律，物体的总辐射能与物体平均发射率一次方、绝对温度的四次方成正比，因此降低物体平均发射率和温度是提高红外隐身能力的关键。按作用原理分：国内外广泛采用低红外发射率涂层(Infrared Physics&Technology,2018,92:234
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239)、光子晶体(Optical Materials,2021,111:110689)、阻抗匹配薄膜(Nature Communications,2020,11:2161)、电磁谐振微结构(ACS Appl.Mater.Interfaces,2020,12:43090
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43097)等来调控红外波段电磁辐射，从而实现红外隐身。电磁谐振微结构是金属(Metal)
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电介质(Dielectric)
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金属(Metal)组成的三明治微结构，构成一种典型的等离子共振单元。结构在特定波段激发出局域等离子体，实现近场增强，从而强化该波段电磁波吸收/辐射。中科院研究生院Qiuqun Liang等(Adv.Optical Mater,2013,1:43
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49)利用电磁谐振结构设计了正锥结构宽带(1
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14μm)电磁波吸收/辐射微纳结构；浙江大学光电与电磁研究中心Sailing He等(Progress In Electromagnetics Research,2014,147:69
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79)设计并通过薄膜沉积和聚焦离子束铣削结合制造了仅15
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15μm大小的正锥结构宽带(0.5
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2.5μm)电磁波吸收/辐射微纳结构；澳大利亚斯威本科技大学科学工程与技术微光子学中心Md Muntasir Hossain等(Adv.Optical Mater,2015,3:1047
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1051)设计并通过电子束光刻和电子束蒸镀相结合制造出圆台型宽带选择性(8
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14μm)电磁波吸收/辐射微纳结构。空军工程大学理学院Cuilian Xu等(Infrared Physics&Technology,2018,88:133
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138)设计并通过电子束刻蚀制造了图案式多尺度共面单元周期结构，实现了宽带选择性(3
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14μm)电磁波吸收/辐射。
[0003]然而，因设计缺陷和加工形式局限，电磁波宽带选择性辐射微纳结构性能及其加工工艺性均受到限制，导致设计的正锥电磁谐振结构及图案式多尺度共面单元周期结构无法大面积高效制造，从而极大限制了电磁波宽带选择性辐射微纳结构在红外隐身、辐射散热方面的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有结构功能性设计缺陷和加工工艺的不足，通过设计倒锥周期结构和排列式多尺度共面单元周期结构，来提高结构的红外隐身性能，同时结合飞秒激光加工技术来实现周期结构的大面积高效制造。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构，具有这样的特征：包括连续相接的基体、反射体和吸收体；基体材料为电介质或金属；反射体为金属层，
覆盖在基体上方；吸收体位于反射体上方，是由金属层和电介质层交叠形成的倒锥周期结构或者排列式多尺度共面单元周期结构；
[0006]其中，倒锥周期结构是由若干倒锥单体呈矩阵周期性排列而成的结构，倒锥单体由至少两组金属层和电介质层交叠形成，顶层为金属层；
[0007]排列式多尺度共面单元周期结构为连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构或者非连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构；
[0008]连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构包括一层连续的电介质层和一层由若干金属方块单元周期排列成的金属层，电介质层覆盖在反射体上，金属方块单元由若干不同尺寸的金属方块呈矩阵周期性排列而成，其中每一行金属方块的列向宽度相等，每一列金属方块的横向宽度相等，每一行、每一列金属方块的间距均相等；
[0009]非连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构包括若干周期性排列的电介质
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金属方块单元，电介质
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金属方块单元由若干不同尺寸的电介质
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金属方块呈矩阵周期性排列而成，电介质
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金属方块为层状方块结构，包括两层，下层为电介质层，上层为金属层，其中每一行电介质
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金属方块的列向宽度相等，每一列电介质
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金属方块的横向宽度相等，每一行、每一列电介质
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金属方块的间距都相等。
[0010]这种不同尺寸呈矩阵周期性规律排列的结构便于采用激光等方式进行整列/行的加工，从而可以实现大规模加工生产。
[0011]电磁波宽带选择性吸收微纳结构通过等离子体共振作用实现电磁波特定波段高吸收；并利用反射体实现其余波段的低吸收，从而实现电磁波宽带选择性吸收。
[0012]进一步，本专利技术提供一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构，还可以具有这样的特征：其中，所述基体的电介质材料为硅或锗，金属材料为铜、钛、铝、不锈钢或高温合金；反射体的材料为金、银、铝或铂；吸收体金属层的材料为金、银、铝或铂，电介质层的材料为氧化铝、氟化镁、锗、氮化硅、碳化硅、硫化锌或氧化锆。
[0013]进一步，本专利技术提供一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构，还可以具有这样的特征：其中，所述反射体的金属层厚度为0.03
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0.15μm，实现对大气窗口电磁波段(波长范围3
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5μm和8
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14μm)的低吸收。
[0014]进一步，本专利技术提供一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构，还可以具有这样的特征：其中，所述排列式多尺度共面单元周期结构中，金属方块/电介质
‑
金属方块的金属层的厚度为0.03～0.07μm，电介质层的厚度为0.03～0.3μm。
[0015]进一步，本专利技术提供一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构，还可以具有这样的特征：其中，所述排列式多尺度共面单元周期结构中，金属方块/电介质
‑
金属方块的周期为0.8
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2μm，金属方块/电介质
‑
金属方块的尺寸(横向宽度或竖向宽度)为其周期的0.5
‑
0.8倍。
[0016]进一步，本专利技术提供一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构，还可以具有这样的特征：其中，所述排列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构，其特征在于：包括基体、反射体和吸收体；基体材料为电介质或金属；反射体为金属层，覆盖在基体上方；吸收体位于反射体上方，是由金属层和电介质层交叠形成的倒锥周期结构或者排列式多尺度共面单元周期结构；其中，倒锥周期结构是由若干倒锥单体呈矩阵周期性排列而成的结构，倒锥单体由至少两组金属层和电介质层交叠形成，顶层为金属层；排列式多尺度共面单元周期结构为连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构或者非连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构；连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构包括一层连续的电介质层和一层由若干金属方块单元周期排列成的金属层，电介质层覆盖在反射体上，金属方块单元由若干不同尺寸的金属方块呈矩阵周期性排列而成，其中每一行金属方块的列向宽度相等，每一列金属方块的横向宽度相等，每一行、每一列金属方块的间距均相等；非连续电介质层的排列式多尺度共面单元周期结构包括若干周期性排列的电介质
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金属方块单元，电介质
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金属方块单元由若干不同尺寸的电介质
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金属方块呈矩阵周期性排列而成，电介质
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金属方块为层状方块结构，包括两层，下层为电介质层，上层为金属层，其中每一行电介质
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金属方块的列向宽度相等，每一列电介质
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金属方块的横向宽度相等，每一行、每一列电介质
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金属方块的间距都相等。2.根据权利要求1所述的电磁波宽带选择性吸收微纳结构，其特征在于：其中，所述基体的电介质材料为硅或锗，金属材料为铜、钛、铝、不锈钢或高温合金；反射体的材料为金、银、铝或铂；吸收体金属层的材料为金、银、铝或铂，电介质层的材料为氧化铝、氟化镁、锗、氮化硅、碳化硅、硫化锌或氧化锆。3.根据权利要求1所述的电磁波宽带选择性吸收微纳结构，其特征在于：其中，所述反射体金属层的厚度为0.03
‑
0.15μm。4.根据权利要求1所述的电磁波宽带选择性吸收微纳结构，其特征在于：其中，所述排列式多尺度共面单元周期结构中，金属方块/电介质
‑
金属方块的金属层的厚度为0.03～0.07μm，电介质层的厚度为0.03～0.3μm。5.根据权利要求1所述的电磁波宽带选择性吸收微纳结构，其特征在于：其中，所述排列式多尺度共面单元周期结构中，金属方块/电介质
‑
金属方块的周期为0.8
‑
2μm，金属方块/电介质
‑
金属方块的尺寸为其周期的0.5
‑
0.8倍。6.根据权利要求1所述的电磁波宽带选择性吸收微纳结构，其特征在于：其中，所述排列式多尺度共面单元周期结构中，每个金属方块单元/电介质
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金属方块单元至少包括2种不同尺寸的金属方块/电介质
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金属方块共面排列；金属方块单元/电介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓龙，郭何涛，朱荻，桓恒，于真鹤，程玉贤，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：