热辐射控制柔性红外吸波结构的制备与性能研究

发布时间：2020-05-20 14:23

【摘要】：红外吸波材料在红外热成像、红外探测、红外致冷等方面都有广泛的应用。并且随着微细加工工艺的进步,红外吸波材料正在向着柔性方向发展,目前的柔性红外吸波材料在制备过程中工艺过程繁琐。本论文以磁谐振机理和现有微细加工工艺为基础,设计了一种柔性红外吸波结构,并通过CST软件仿真研究了结构中各个参数对于吸波效果的影响,之后结合现有微细加工工艺制备了这一柔性红外吸波结构;同时以热辐射理论为基础,将红外吸波结构作为辐射表面,研究了不同模型下热辐射情况。本文研究及结论主要包含以下几个方面:(1)本文通过磁谐振原理及其等效电路图设计出所需柔性红外吸波结构,并结合微细加工工艺进行优化,之后利用CST仿真软件讨论了结构几何尺寸对该结构吸收效果的影响。结果表明,当红外吸波结构的金属使用Al,介质使用Al_2O_3,单元尺寸为4μm时,它的吸收峰为9μm;同时磁谐振型柔性红外吸波结构的吸收峰位置以及吸收强度与柔性红外吸波结构的单元尺寸、顶层金属厚度以及介质层厚度有关。通过计算及软件优化,最终结构的单元尺寸为4μm,周期尺寸为10μm,顶层金属Al的厚度为100nm,中间介质Al_2O_3的厚度为200nm,底层金属Al的厚度为1.2μm;(2)通过对光刻技术以及电子束真空镀膜技术工艺参数的优化,制备出柔性红外吸波结构。研究表明,光刻过程中,为了让图形截面形成倒梯形,应当控制甩胶速3000pr/s,反转烘时间125s,泛曝光时60s,显影时间24s;在镀膜过程中,金属薄膜的镀膜速率应较快,氧化物薄膜的镀膜速率应较慢;(3)根据红外热辐射的基本理论,结合仿真软件讨论了两种辐射模型中表面辐射特性对降温效果的影响。结果表明,在单选择性辐射表面模型中,每种温度条件对应一种最佳的高发射率窗口的位置及带宽,并且根据实验结果证明,在700K条件下,发射窗口的中心位置为6μm,带宽为1.7μm,其表面温度比低发射率表面温度低24.7K;在面对面热辐射模型中,发现两个表面的最优高发射率窗口位置与其表面温度有关,并且发射率的改变对于两个表面温度的变化情况也不同,同时环境温度比两表面温度低时对结果影响不大,但接近两表面温度时会影响降温结果。
【图文】：

(c) (d)-1 Hossian 制作的红外吸波材料及辐射致冷实验图。(a)红外吸波材料的结构示意图；外吸波材料的吸收曲线图；(c)不同发射强度下的辐射致冷效果曲线图；(d)不同注量强度下的辐射致冷效果曲线图[18]但是，上述论文中对于辐射致冷的研究主要还是在将选择性发射表面的中在大气窗口处，并没有更深层次讨论选择性发射表面的辐射特性对辐影响。另外，目前所讨论的红外致冷都是在阳光下讨论其相比环境说降，然而现实中存在更多种情况，例如多个发热体存在于同一个密闭空间现面对面热辐射情况。因此本论文主要研究了表面辐射特性的影响，例性辐射表面的高发射率窗口位置以及其带宽的影响；面对面选择性辐射发射率窗口位置、带宽以及发射率的影响。为了实现辐射致冷，目前科研工作者所使用的方案是制备红外吸波材料制备的红外吸波材料作为辐射致冷中的辐射表面进行研究。这是因为根夫定律，稳态情况下，材料的吸收率等于其发射率，因此，，可以通过改

(c) (d)作的开口环形柔性红外吸波材料。(a)柔性结构示意图；(b)样品形硬质样品的场增强光谱曲线图；(d)不同电场强度下样品的吸收曲多科研工作者在Zhao制作柔性红外吸波材料的制备基础Jiang等人[33]通过在PI这一柔性材料上设计十字形结构，从收效果。Li等人[34]通过在PMMA这一柔性材料上进行多层而在1.7μm处有良好的吸收效果。Krzysztof等人[35]通过在
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN213

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本文编号：2672756