微结构表面热致变色薄膜的制备与辐射特性研究
发布时间：2019-10-13 13:06
【摘要】：当物质的特征尺寸与辐射波长量级一致时,其辐射特性与传统的辐射特性相比会出现许多的物理效应,能对物体的热辐射能量进行选择性控制。钙钛矿锰氧化物结构的块体材料其独特的热致变色特性的研究已取得较大的进展,但其以薄膜形态的热辐射特性还明显不足,不利于航天器热控技术的有效利用。因此本文从微结构的角度来分析和改善这一问题。本文对具有一维光栅(包含铝过渡层和无铝过渡层)和二维方孔阵列微结构的La0.8Sr0.2MnO3热致变色薄膜的反射率特性进行理论模拟计算,通过计算分析了不同周期和微槽深度微结构对热致变色薄膜热辐射特性的影响。计算结果表明微结构对薄膜的热辐射能力有明显的增强,并能改善薄膜的热致变色特性。随着微尺度的减小、微槽深度的增加和铝过渡层的引入,都能提高薄膜的热辐射特性。通过光刻蚀工艺在单晶硅(Si)基底上制备出一维光栅和二维方孔阵列微结构,研究刻蚀工艺对刻蚀形貌的影响。利用射频磁控溅射方式在其表面沉积La0.8Sr0.2MnO3热致变色薄膜,并通过旋转基底和加热基底的方式来改善薄膜的台阶覆盖问题。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散能谱仪(EDS)和样品振动磁强计(VSM)对薄膜样品的微观形貌、元素组成和磁运输特性进行测量。SEM测量显示,Si基底具有良好的微结构形貌。EDS结果显示,除了氧元素不足之外,薄膜的元素的比例与理论化学计量比基本吻合。VSM结果显示,一维、二维微结构La0.8Sr0.2MnO3薄膜有明显的铁磁-顺磁的转变,其转变温度Tc分别为300K和270K。对实验制备的微结构薄膜样品进行光学测试,计算得到薄膜的热辐射特性,研究微结构尺度对热辐射特性的影响,并与模拟结果进行对比。其实验与理论模拟结果都表明微结构的确能增强热致变色薄膜的热辐射能力,并且其热辐射能力也随沟槽深度的增加而增加。
【图文】：
的反射率曲线，再将所获得的反射率值代入到Ｋ－Ｋ关系式中计算得到材料的物性参数。逡逑实验中所利用的Ｌａ0．８Ｓｒ0．２Ｍｎ0３薄膜材料是在撞基底上利用磁控瓣射方法生长出来的，逡逑通过红外光谱仪测得薄膜在不同温度下的反射率，如图２．１所示。通过实验测得材料的逡逑反射率值，利用Ｋ－Ｋ关系式计算薄膜材料的介电常数和折射率。逡逑１－０邋ｊ＿＊＿９７Ｋ逡逑；－＊－１１３Ｋ逡逑媂逦Ｌａ0．８Ｓｒ0．２Ｍｎ0３逡逑0．８＿ｉ邋？－１７３Ｋ逦■逡逑；－＜－■■■邋２０３Ｋ逡逑鲁。．二媂逡逑０．２逦■逦．邋Ｉ邋＇逦＇逦＇邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋＇逦＇逦Ｉ邋＇逦＇逡逑５逦１０逦１５逦２０逦２５逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｕｍ逡逑图２．１不同温度下薄膜反射率曲线逡逑９逡逑
岕合波分析（民ＣＷＡ）方法，通过麦克斯韦（Ｍａｘｗｅｌｌ）方程精确求解光栅衍射问题的分析方逡逑法。通过民ｓｏｆｔ软件的材料与结构的设置（ＣＡＤ界面）建立微结构模型，对于一维微光栅逡逑结构，单个周期的模型如图２．９所示，二维方孔阵列微结构单周期模型如图２．１０所示。逡逑根据ＲＣＷＡ对周期微结构衍射特性的分析，计算不同模型下的光学特性，分析周期性逡逑微结构对材料表面光学特性的影响。逡逑Ｃｏｎｔｏｕｒ邋Ｍ巧邋ｏｆ邋Ｉｎｄｅｘ邋Ｐｒｏｆｉｌｅ逡逑暑。１画１勊！吞１逦ｉ邋Ｚ３．的、疆p海А鲥澹湾义希保换郑福和ǎ皱危掊澹慑义希慑义希玻保埃保插澹保板义希兀ǎ停恚╁危担罚板澹樱罚板义先Γ玻瑰濉庹さブ芷谀Ｐ湾瓮迹玻保岸娇椎ブ芷谀Ｐ停游油煎义厦瘢茫祝潦且恢盅细袂蠼猓停幔鳎澹欤旆匠套榈氖捣椒ā＃停幔鳎澹欤旆匠套槭敲枋龅绯 ㈠义洗懦 ⒂氲缌髅芏取⒌绾擅芏裙叵档姆匠套椋挥傻绯〉母咚苟ɡ怼⒋懦〉母咚苟ɡ怼⒌珏义铣〉幕仿范ɡ怼⒎ɡ诘绱鸥杏Χ珊桶才嗷仿范ɡ斫岷系贸觯杀硎疚中问交蛭㈠义戏中问剑湮⒎中问饺缡剑ǎ玻保埃┧尽ｅ义，
本文编号：2548685
【图文】：
的反射率曲线，再将所获得的反射率值代入到Ｋ－Ｋ关系式中计算得到材料的物性参数。逡逑实验中所利用的Ｌａ0．８Ｓｒ0．２Ｍｎ0３薄膜材料是在撞基底上利用磁控瓣射方法生长出来的，逡逑通过红外光谱仪测得薄膜在不同温度下的反射率，如图２．１所示。通过实验测得材料的逡逑反射率值，利用Ｋ－Ｋ关系式计算薄膜材料的介电常数和折射率。逡逑１－０邋ｊ＿＊＿９７Ｋ逡逑；－＊－１１３Ｋ逡逑媂逦Ｌａ0．８Ｓｒ0．２Ｍｎ0３逡逑0．８＿ｉ邋？－１７３Ｋ逦■逡逑；－＜－■■■邋２０３Ｋ逡逑鲁。．二媂逡逑０．２逦■逦．邋Ｉ邋＇逦＇逦＇邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋＇逦＇逦Ｉ邋＇逦＇逡逑５逦１０逦１５逦２０逦２５逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｕｍ逡逑图２．１不同温度下薄膜反射率曲线逡逑９逡逑
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