一种兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统及其制备方法和应用技术方案

本发明专利技术公开了一种兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，该系统为层状结构，自下至上依次为导电层、隔离层、石墨烯薄膜层、电介质层、金属纳米天线层。该系统为红外发射率调控层和用于辐射散热的超材料吸波结构层复合而成。在3

【技术实现步骤摘要】
一种兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于红外隐身
，涉及一种兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着红外探测技术的不断发展，热红外隐身或伪装技术在现代战争中的重要性日益凸显。红外隐身技术通常是在目标表面涂覆红外隐身材料来抑制目标的红外辐射特征，从而降低目标被识别的概率。由Stefan
‑
Boltzmann定律可知，目标辐射能力的大小由发射率和温度决定，因此降低目标表面发射率和控制目标表面温度是实现红外隐身的基本途径。传统的低发射率材料虽然可通过降低发射率来实现红外辐射强度的降低，但红外“全波段”的低发射率会降低目标通过辐射进行散热的效率，导致目标温度迅速上升，红外辐射特性增强，红外隐身或热伪装失效，这种影响对高温目标尤为显著。而控温材料仅通过降温来抑制目标的红外辐射特征，能耗较高且忽略了发射率的影响。因此，传统的红外隐身材料未能有效的兼顾影响目标红外辐射特征的两个因素(发射率和实际温度)，红外隐身性能较为有限。选择性发射材料能够从降低发射率和辐射降温两方面出发，兼具低发射率和辐射散热性能，从而降低目标的红外辐射特征，是红外隐身材料的发展趋势。具体来说：在红外窗口3
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5μm和8
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14μm两个波段，材料具有低发射率以避免被侦查探测；在非窗口的5
‑
8μm波段，材料具有高发射率用以辐射散热。由此可知，具有辐射散热能力的光谱选择性发射材料对高温目标的红外隐身更具意义。
[0003]此外，传统的红外隐身材料通常只适用于固定的背景环境，当背景环境变化较大时，目标便会失去红外隐身功能而暴露于探测器之下。新一代红外隐身材料需要适用于多变的背景环境和背景温度。采用融合多层薄膜和人工微纳结构双重设计的超材料隐身系统虽然可实现多波段隐身，但是设计的薄膜或者结构一旦确定，其性能就完全固定，无法实现对隐身功能的灵活控制。发展实时与环境融为一体的自适应红外隐身材料或系统，使目标的红外辐射特征可以随环境的红外辐射特征发生自动调整，是未来红外隐身技术发展的重要方向，在军事领域具有重大应用价值。以VO2、GST为代表的相变材料可以在高发射的绝缘态与低发射的金属态之间进行可逆转变，实现红外发射的主动控制，已被用于研发自适应的红外隐身或伪装材料。但相变材料受到相对固定的工作温度的限制，适用场景十分有限。
[0004]石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。曼彻斯特大学Coskun Kocabas教授课题组通过偏压将离子插入多层石墨烯薄膜，以此调节其电学和光学特性，实现了红外热辐射特性的调制以避免热成像检测。但是，这种基于多层石墨烯薄膜、具有快速自适应性的新型热红外伪装系统在整个红外波段不具有辐射散热窗口，系统的热稳定性能较差，难以实现对高温目标的红外隐身。因此，探索一种兼具电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统对红外隐身技术的发展至关重要。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，该系统由多层结构构成，其中的石墨烯薄膜既能在偏压下通过离子插入调节红外发射率，实现低发射率用于红外隐身；同时石墨烯薄膜还可以与金属纳米天线发生耦合共振，实现特定波段的红外高发射率，用于辐射散热。本专利技术提出的系统适用于高温环境和复杂背景下的自适应伪装或红外目标隐身。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供上述兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统的制备方法。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供上述兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统的应用。
[0008]本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：
[0009]一种兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，所述红外隐身系统为层状结构，由下至上依次为导电层、隔离层、石墨烯薄膜层、电介质层、金属纳米天线层。
[0010]进一步地，所述石墨烯薄膜层为多层石墨烯，层数为50
‑
500层。
[0011]进一步地，所述多层石墨烯的层数为100
‑
200层。当多层石墨烯的层数在100
‑
200层区间时，石墨烯薄膜的红外发射率调谐效果最显著。
[0012]进一步地，所述导电层为金箔、铜箔、涂覆有镍钴锰酸锂的铝箔、导电布、导电碳布、石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜；所述导电层的厚度为10
‑
350μm。
[0013]进一步地，所述隔离层为填充有离子液体或电解液的隔膜，所述隔膜为微孔聚乙烯或聚丙烯薄膜、锂电池隔膜或棉织布；离子液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺盐、1
‑
己基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐或1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐；电解液为锂电用LiPF6‑
(EC+DEC)；隔离层厚度为10
‑
40μm。
[0014]进一步地，所述电介质层的材料为硫化锌、硒化锌、聚酰亚胺、氮化硅、二氧化硅或三氧化二铝，电介质层的厚度为0.05
‑
0.25μm。
[0015]进一步地，所述金属纳米天线层由贵金属微纳结构构成，所述微纳结构为方形、圆形、环形或十字形；所述金属纳米天线层的厚度为0.1
‑
0.2μm。
[0016]进一步地，所述金属纳米天线层在电介质层上呈周期排列。
[0017]本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：
[0018]所述兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统的制备方法，包括以下步骤：
[0019](1)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；
[0020](2)将步骤(1)生长有多层石墨烯的镍箔置于饱和氯化铁溶液中，直至镍箔被完全刻蚀，剩下悬浮的石墨烯薄膜，洗涤、转移至隔膜上，得到隔膜/石墨烯薄膜层结构；
[0021](3)利用电子束蒸发镀膜法或磁控溅射法在步骤(2)得到的隔膜/石墨烯薄膜层结构的石墨烯薄膜层上沉积电介质层，得到隔膜/石墨烯薄膜层/电介质层结构；
[0022](4)利用紫外光刻法在步骤(3)得到的隔膜/石墨烯薄膜层/电介质层结构的电介质层上制备金属纳米天线，得到隔膜/石墨烯薄膜层/电介质层/金属纳米天线层结构；
[0023](5)将离子液或电解液注入步骤(4)得到的隔膜中，得到隔离层/石墨烯薄膜层/电介质层/金属纳米天线层结构，然后将隔离层与导电层粘合，得到导电层/隔离层/石墨烯薄
膜层/电介质层/金属纳米天线层结构，即兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统。
[0024]本专利技术的目的之三采用如下技术方案实现：
[0025]兼容电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，其特征在于，所述红外隐身系统为层状结构，由下至上依次为导电层、隔离层、石墨烯薄膜层、电介质层、金属纳米天线层。2.如权利要求1所述的兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，其特征在于，所述石墨烯薄膜层为多层石墨烯，层数为50
‑
500层。3.如权利要求2所述的兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，其特征在于，所述多层石墨烯的层数为100
‑
200层。4.如权利要求1所述的兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，其特征在于，所述导电层为金箔、铜箔、涂覆有镍钴锰酸锂的铝箔、导电布、导电碳布、石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜；所述导电层的厚度为10
‑
350μm。5.如权利要求1所述的兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，其特征在于，所述隔离层为填充有离子液体或电解液的隔膜，所述隔膜为微孔聚乙烯或聚丙烯薄膜、锂电池隔膜或棉织布；离子液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺盐、1
‑
己基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐或1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐；电解液为锂电用LiPF6‑
(EC+DEC)；隔离层厚度为10
‑
40μm。6.如权利要求1所述的兼容电致变发射率和辐射散热的红外隐身系统，其特征在于，所述电介质层的材料为硫化锌、硒化锌、聚酰亚胺、氮化硅、二氧化硅或三氧化二铝，电介质层的厚度为0.05
‑
0.25μm。7.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁佩，苏金朝，王沛，许坤，王献立，李艳，田喜敏，曾凡光，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：