基于VO 2 的红外热辐射主动调控材料及结构研究

发布时间：2024-01-27 09:31

　　中红外大气窗口在红外探测、红外成像和辐射制冷领域发挥着重要作用。如何使红外热发射体在中红外大气窗口中具有可调控辐射、选择性辐射等特性,成为了电磁超材料领域的研究热点。同时,随着GST、VO₂等相变材料的快速发展,使得以主动方式调控超材料的电磁性能成为可能。本文基于磁谐振/驻波多模式耦合的超材料吸波机理,设计了基于VO₂的红外热发射体,通过主动调控的方式来展现特定中红外大气窗口的辐射切换,实现了类似红外伪装、红外隐身的特殊物理效应。本文的研究内容及创新点主要包含以下几点:(1)针对VO₂薄膜的特点优化了基于脉冲激光沉积法制备VO₂薄膜的工艺,以及较厚VO₂薄膜的制备方法。对VO₂的热致相变和电致相变进行了系统的理论分析。通过实验验证了VO₂的电致相变是由局部焦耳热诱发。(2)基于红外吸波超材料的设计思路设计了两种热辐射主动调控超材料:一种是高温8¹4μm、低温5⁸μm吸收的结构,该结构低温时在...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 红外热辐射
        1.1.2 红外热辐射超材料
    1.2 红外热辐射领域的研究现状
        1.2.1 红外热辐射相关技术
        1.2.2 红外热辐射主动调控超材料
    1.3 本论文的主要工作与创新
    1.4 本论文的结构安排
第二章 热辐射基本定理和超材料设计方法
    2.1 红外热辐射基本理论
    2.2 黑体辐射的基本定律
    2.3 实际物体的辐射特性
        2.3.1 漫射体、灰体与选择性辐射体
        2.3.2 Kirchhoff定律
    2.4 红外辐射测温
    2.5 红外热像仪的原理及使用方法
    2.6 红外吸波超材料的设计方法
        2.6.1 结构设计和材料选则
        2.6.2 有效媒质理论
        2.6.3 金属和介质的色散特性
        2.6.4 磁谐振分析
        2.6.5 驻波分析
    2.7 本章小结
第三章 VO₂薄膜的制备及其特性
    3.1 VO₂薄膜的制备
        3.1.1 VO₂的制备工艺
        3.1.2 较厚VO₂薄膜的制备工艺探究
    3.2 VO₂薄膜的温变特性
    3.3 VO₂薄膜的电变特性
        3.3.1 VO₂电致相变特性的研究进展
        3.3.2 电致相变机理的实验验证与分析
    3.4 本章小结
第四章 红外热辐射超材料的设计与红外热成像实验的研究
    4.1 红外热辐射超材料的结构设计
        4.1.1 VO₂介质层厚度的影响
        4.1.2 Si介质层厚度的影响
        4.1.3 上表面偶极子的影响
        4.1.4 双层VO₂的影响
        4.1.5 低温5-8μm吸收,高温8-14μm吸收结构
        4.1.6 低温8-14μm吸收,高温5-8μm吸收结构
    4.2 实验流程和光刻工艺探索
    4.3 实验结果及分析
    4.4 热成像实验结果与分析
        4.4.1 红外波段等效发射率的计算方法
        4.4.2 基于不同工作波段的FLIR的热成像实验的理论基础
        4.4.3 相变点附近的现象
        4.4.4 室温下的现象
        4.4.5 实验误差的分析及补偿
    4.5 本章小结
第五章 全文总结与研究展望
    5.1 全文内容总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3886714