一种红外辐射调控结构制造技术

本发明专利技术公开了一种红外辐射调控结构，其特征在于：所述红外辐射调控功能层包括衬底、沉积在衬底表面的单层金属反射薄膜层以及交替沉积在金属反射层表面、呈周期性图案的介质薄膜层和金属薄膜层，所述多层结构由上至下分别为金属薄膜层、介质薄膜层、金属薄膜层、介质薄膜层、金属反射薄膜层、衬底。本发明专利技术的红外辐射调控结构通过合理设计单元结构的周期尺寸以及几何参数，能够实现对特定红外波段辐射性能的完美调控。本发明专利技术具有红外辐射性能易于调控、宽频高吸收性、体积小、成本低、结构较简单等优点，可以用来调节黑体、灰体的发射特性，也可以作为高效的电磁加热装置，此外在红外隐身、热辐射探测以及红外点阵成像等领域具有极大应用潜力。大应用潜力。大应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种红外辐射调控结构


[0001]本专利技术属于功能材料领域，尤其涉及一种基于圆盘形阵列表面的红外辐射调控结构。

技术介绍

[0002]近年来，超材料由于其所具有的新颖物理效应以及潜在应用价值受到广泛关注，并被应用于诸多新的领域，如负折射率材料、隐身衣及完美透镜等。其中，超材料特有的电磁共振频率可调谐的特性为其应用于红外辐射选择性调控材料提供了思路。通过改变共振单元的形状、周期、尺寸参数，或通过共振单元的叠加组合，可以调节结构的共振吸收频率，从而实现对于辐射性能的调控。此外，基于电磁共振原理设计得到的红外辐射调控结构，具有厚度薄、质量轻等特点，有利于其在各类器件中的集成。
[0003]目前，专利号201611122043.2的中国专利、专利号201720126132.8的中国专利、专利号201910972455.2的中国专利，通过不同的材料结构设计方法分别公开了几种红外辐射调控结构及其制备方法，理论上实现了对于红外特定波段的辐射性能调控。但是上述结构存在吸收频带窄、结构较为复杂、特定波段发射率高度调控性能不佳等问题。
[0004]因此，研发出一种能够克服以上技术中提到的不足和缺陷的红外辐射调控结构具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
中提到的缺陷和不足，提供一种结构简单、辐射性能易于调控、宽频带的红外辐射调控结构。
[0006]本专利技术提出的技术方案如下：
[0007]一种红外辐射调控结构。所述红外辐射调控结构具备双红外吸收共振腔结构以及周期性图案的多层薄膜结构，所述红外辐射功能层包括衬底、沉积在衬底表面的单层金属反射薄膜层以及交替沉积在金属反射层表面、呈周期性图案的介质薄膜层和金属薄膜层，所述多层结构由上至下分别为金属薄膜层、介质薄膜层、金属薄膜层、介质薄膜层、金属反射薄膜层、衬底。
[0008]上述红外辐射调控结构中，该结构由衬底、单层金属反射薄膜层和周期性圆盘形图案的多层薄膜结构组成，具有厚度薄、质量轻、原材料来源广泛、成本低的特点。本专利技术中，衬底优选为硅基片。上述红外辐射调控结构中，优选的，所述红外辐射调控结构层数为6层，且与衬底接触的为单层金属反射薄膜层。按照上述设定，红外光才能实现选择性辐射调控。
[0009]上述红外辐射调控结构中，优选的，所述金属反射薄膜层的厚度为200
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300nm，所述表面层周期性圆盘的半径为550
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600nm，金属圆盘层厚度为80
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100nm，介质圆盘层厚度为60
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100nm，相邻圆盘间距为100
‑
400nm。本专利技术中膜层厚度的改变或者圆盘半径和间距的改变，均有可能使得本专利技术中得到的材料的光谱特性偏离本专利技术预设的目标，控制各层的厚
度、半径及间距在上述范围之内，可以得到效果更好的选择性红外辐射结构。
[0010]上述红外辐射调控结构中，优选的，所述双红外吸收共振双腔结构，目的是形成双吸收共振峰，使得共振单元叠加组合，从而实现吸收峰位的调谐和吸收频段的拓宽。
[0011]上述红外辐射调控结构中，金属薄膜层均可替换成金，银等贵金属，其红外辐射性能相较使用铜更佳。考虑到成本问题，建议选择使用铜代替，且对其红外辐射调控性能并不会有太大影响。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的优点在于；
[0013]本专利技术通过设计双红外吸收共振腔，使其在两个特定频率点处同时发生电磁谐振，从而极大拓宽了吸收频段，获得宽频高效的红外波段电磁波吸收效果。
[0014]本专利技术结构较为简单、体积轻、厚度薄、可贴于目标物体表面，实现目标物体的红外伪装；而且材料来源广泛、成本低廉。
[0015]本专利技术通过对表面圆盘形阵列结构的周期及尺寸参数调整，可以控制吸收峰出现的位置以及高度，从而满足不同波段频率范围对于红外电磁波的吸收要求。
附图说明
[0016]为了更清楚说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下图描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0017]图1为实施例1中的红外辐射调控结构的结构示意图。
[0018]图2为实施例1中仿真得到的红外辐射调控结构在3.0
‑
14.0μm波段的发射率图谱。
具体实施方式
[0019]下对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图对本专利技术做更全面，细致的描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0021]除非另有定义，下文中所使用的专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的专业术语是指为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0022]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料，试剂，仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0023]实施例1：
[0024]如图1所示，一种红外辐射调控结构，由衬底、单层金属反射薄膜层和周期性图案的多层薄膜结构复合而成。选择性红外辐射结构包括硅基底以及在硅基底上沉积的铜薄膜层，硫化锌圆盘层，铜圆盘层，硫化锌圆盘层，铜圆盘层，厚度分别为800nm，200nm，60nm，90nm，60nm，80nm，圆盘半径为550nm，间距为100nm。
[0025]本实施例的红外辐射调控结构的制备方法包括以下步骤：
[0026]采用电子束蒸发法及接触式紫外线曝光工艺制备红外辐射调控结构，在Si基片(衬底层1)上电子束蒸发沉积一层连续200nm的铜膜(金属反射层2)，最后交替沉积共4层的硫化锌和铜的圆盘形薄膜层(超材料结构3)，沉积厚度、半径及间距如上所述。其吸收曲线如图2所示，从图2中可以看出，该结构分别在5.7μm和6.5μm处形成两个吸收峰，吸收峰值分别为98.5％和96.2％并且双吸收峰合并而获得一个宽频吸收曲线，实现了一种优良的红外辐射调控结构。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外辐射调控结构，其特征在于：具备双红外吸收共振腔结构以及周期性图案的红外辐射调控结构；所述红外辐射调控功能层包括衬底、沉积在衬底表面的单层金属反射薄膜层以及交替沉积在金属反射层表面、呈周期性图案的介质薄膜层和金属薄膜层，所述多层结构由上至下分别为金属薄膜层、介质薄膜层、金属薄膜层、介质薄膜层、金属反射薄膜层、衬底。2.根据权利要求1所述的红外辐射调控结构，其特征在于：所述辐射调控结构的总层数为6层，且与衬底接触的为单层金属反射薄膜层。3.根据权利要求1所述的红外辐射调控结构，其特征在于：所述衬底材料为硅。4.根据权利要求1所述的红外辐射调控结构，其特征在于：所述金属薄膜层材料为金、银或铜。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维，刘爽，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：