一种新型红外隐身材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种新型红外隐身材料的制备方法及应用，包括第一GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层、Mo纳米薄膜、第二GST相变合金层和Mo薄膜反射层，所述Mo纳米薄膜层设置于第一GST相变合金层和第二GST相变合金层之间，所述Mo薄膜反射层位于第二GST相变层远离Mo纳米薄膜层的一侧；包括以下步骤：步骤1：利用传输矩阵结合Comsol等仿真软件对多层膜结构的吸收率、折射率以及透过率进行理论计算；步骤2：改变多层膜结构各层厚度，得到优化的薄膜结构和厚度。本发明专利技术通过GST在晶体和非晶体状态之间的切换，使器件的选择性辐射具有两种截然不同的状态，即“隐身”状态和“非隐身”状态。这一研究对于红外隐身方面的研究具有重大意义。外隐身方面的研究具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种新型红外隐身材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及隐身材料制备
，尤其涉及一种新型红外隐身材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]由于红外探测系统的快速发展和探测精度的显著提高，军事装备、设施的安全以及在战场上的生存能力也因此受到了严重威胁，其中影响最严重的是坦克、战斗机和舰船等具有大功率发动机的军事目标。由于它们移动时会产生高温，这会导致目标的红外辐射量大幅度的增加，从而和背景形成巨大的辐射反差，最终增加了目标被探测到的概率。而红外隐身材料，可以通过涂覆在目标表面的方式减弱目标的红外辐射热量，有效的降低目标被探测和识别的概率，从而大大提高军事目标在战场上的生存能力。因此，对于红外隐身材料的研究引起了世界上各个军事强国的广泛关注，并且投入了大量的人力、物力、财力。
[0003]目标能够实现红外隐身的核心是红外隐身材料。通过使用红外隐身材料，目标可以很好地控制自身的红外辐射特性，尤其是可以大大降低在大气窗口波段范围内的红外辐射率。由Stefan－Boltzmann定律可以知道，目标的红外辐射量和目标表面的发射率成正相关的关系，与目标表面绝对温度的四次方成正比。因此，我们可以从两个方面降低目标的红外辐射量：一是控制目标表面的温度；二是降低目标表面的发射率。前者主要可以通过增加吸热材料、隔热材料等手段实现，而后者主要通过使用薄膜和涂料等。
[0004]但是传统的红外隐身材料可以通过降低目标在红外波段范围内的发射率，来实现隐身和伪装的目的。但是这种办法虽然在一定程度上可以减小物体的红外辐射和被探测到的可能性。但是由于发射率的降低，物体的热量不断堆积，导致物体的温度不断升高，这又导致物体的红外辐射量不断加大，所以单纯的只改变物体在红外窗口的发射率来实现红外隐身是存在很大的不足的，并不能满足我们的实际需求。另一方面，传统的红外隐身材料一旦制备之后，其红外发射特性就固定了，无法根据需要动态的调整自身的红外辐射和隐身特性。

技术实现思路

[0005]1.要解决的技术问题
[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术中(1)由于发射率的降低，物体的热量不断堆积，导致物体的温度不断升高，这又导致物体的红外辐射量不断加大的问题；(2)由于材料特性固定，传统红外隐身材料无法根据需要动态的调整自身的红外辐射和隐身特性的问题，而提出的一种新型红外隐身材料的制备方法及应用。
[0007]2.技术方案
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]一种新型红外隐身材料的应用，将相变材料GST合金与金属Mo 相结合，形成了一种特殊的多层膜结构，该结构由四部分组成，在两层超薄Mo层之间是我们所研究的GST层，
其结构参数如下：底部和中间Mo层分别为50和10纳米，顶部和中间GST层分别为340和600 纳米。
[0010]一种新型红外隐身材料，包括第一GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层、Mo纳米薄膜、第二GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层和Mo薄膜反射层，所述Mo纳米薄膜层设置于第一GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层和第二GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层之间，所述Mo薄膜反射层位于第二GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层远离Mo纳米薄膜层的一侧。
[0011]优选地，所述第一GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层的的厚度为 340nm。
[0012]优选地，所述第二GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层的厚度为600nm。
[0013]优选地，所述Mo纳米薄膜层的厚度为10nm。
[0014]优选地，所述Mo薄膜反射层的厚度为50nm。
[0015]本专利技术中还提出了一种新型红外隐身材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016]步骤1：利用传输矩阵结合Comsol等仿真软件对多层膜结构的吸收率、折射率以及透过率进行理论计算，首先我们得到了在正入射情况下多层膜反射和吸收谱；
[0017]步骤2：改变多层膜结构各层厚度，得到优化的薄膜结构和厚度。
[0018]优选地，所述步骤1中的的吸收率，同时，我们对其在斜入射时的吸收特性进行了分析。
[0019]优选地，所述步骤2中的多层膜结构可以通过磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积等方式制备。
[0020]3.有益效果
[0021]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0022](1)本专利技术中，针对目前研究出的具有优异红外特性、耐高温并且具有良好的热稳定性的金属Mo，提出了基于Mo的耐高温完美吸收体结构。该结构由Mo/Ge多层膜构成。我们通过传输矩阵对多层膜结构的吸收率进行理论计算，得到了其吸收率、透射率以及发射率和入射光的波长、入射角之间的关系。从计算的结果来看，该结构可以很好的和大气红外窗口进行匹配，在大气吸收波段(5
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8微米)具有较高的吸收率，最大吸收接近100％，而在大气透射率高的红外窗口波段的吸收率则比较低。这很好的满足了目标进行选择性辐射红外隐身的实际需求。同时，所提出的多层膜结构波长选择和红外隐身性能明显优于双层膜结构。
[0023](2)本专利技术中，引入了相变可调GST材料基于相变材料的相对介电常数随材料状态的巨大变化，我们设计了可开关、波长可选择的红外热辐射器。通过GST在晶体和非晶体状态之间的切换，使器件的选择性辐射具有两种截然不同的状态，即“隐身”状态和“非隐身”状态。这一研究对于红外隐身方面的研究具有重大意义。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提出的一种新型红外隐身材料的电磁波在多层介质中的传播示意图；
[0025]图2为GST材料在无定形态(左)和晶态(右)的原子排布示意图；
[0026]图3为不同波长下aGST和cGST的相对介电常数曲线图；
[0027]图4为基于GST合金和金属Mo的双层膜结构示意图；
[0028]图5为正入射下双层膜结构的吸收率和入射光波长之前的关系图；
[0029]图6为可调控红外辐射器结构示意图，该结构由多层膜构成；
[0030]图7为正入射下两种形态结构的吸收率和入射光波长之前的关系图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0032]实施例1：
[0033]参照图1
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7，一种新型红外隐身材料，包括第一Ge介质层、Mo 纳米薄膜、第二Ge介质层和Mo薄膜发射层，Mo纳米薄膜层设置于第一Ge介质层和第二Ge介质层之间，Mo薄膜发射层位于第二Ge介质层远离Mo纳米薄膜层的一侧，第一Ge介质层的的厚度为340nm，第二Ge介质层的厚度为600nm，Mo纳米薄膜层的厚度为340nm，Mo 薄膜发射层的厚度为600nm。
[0034]本专利技术中，一种新型红外隐身材料的制备方法，包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型红外隐身材料的应用，其特征在于，将相变材料GST合金与金属Mo相结合，形成了一种特殊的多层膜结构，该结构由四部分组成，在两层超薄Mo层之间是我们所研究的GST层，其结构参数如下：底部和中间Mo层分别为50和10纳米，顶部和中间GST层分别为340和600纳米。2.一种新型红外隐身材料，包括第一GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层、Mo纳米薄膜、第二GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层和Mo薄膜反射层，其特征在于，所述Mo纳米薄膜层设置于第一GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层和第二GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层之间，所述Mo薄膜反射层位于第二GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层远离Mo纳米薄膜层的一侧。3.根据权利要求2所述的一一种新型红外隐身材料，其特征在于，所述第一GST(Ge2Sb2Te5)相变合金层的的厚度为340nm。4.根据权利要求2所述的一种新型红外隐身材料，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张检发，全聪，邹景岚，朱志宏，袁晓东，徐威，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：