[发明专利]提供具有可调谐发射率的表面的装置和方法

说明书

技术领域

本公开一般涉及材料的发射率，并且更具体地，涉及提供具有可调谐发射率的表面的装置和方法。

背景技术

航天器在服务期间暴露于广泛的辐射环境。航天器的外表面可通过吸收辐射(例如，太阳辐射)而加热和/或通过红外线辐射而冷却。随着航天器进出太阳的视准线，加热和冷却可交替发生。当面向太阳的一侧被加热而面向太空空间的一侧则被冷却时，加热和冷却也可同时发生。航天器的温度基于航天器中加热和冷却的平衡。

现有技术材料具有材料所固有的且不可被改变的静态发射率特性。因而，获得在特定辐射频率范围内具有所需发射率的材料包括寻找具有所需发射率特性的合适材料。

因此，需要具有可调谐发射率的装置。该装置可被并入表面。调谐可包括增加、减少、和/或优化一定量反射的、吸收的、和/或发射的辐射能量。

发明内容

公开了提供具有可调谐发射率的表面的装置和方法。公开的实例装置包括阻抗层和多个谐振器。实例阻抗层包括附接到电反射接地平面的介电材料层。实例谐振器布置在阻抗层内，该装置的发射率基于谐振器的特性。

还公开了另一种实例材料。该实例材料包括介电层和多个谐振器，其中多个谐振器定位在距离接地平面一定距离处，以使从谐振器反射的能量与从接地平面反射的能量经历相消干涉。该实例材料还包括电耦合到至少一个谐振器的电阻材料。电阻材料响应于电场显示电子迁移。实例材料包括导电层以产生电场，其中电场用于改变至少一个谐振器的反射。

所公开的实例方法包括调谐材料中的一个或多个谐振器的特性。调谐特性改变了一个或多个谐振器对辐射的吸收。调谐特性也改变了一定量的由材料引起的相消干涉。

根据本公开的方面，提供了一种装置，其包括包含了附接到电反射接地平面的介电材料层的阻抗层和布置在阻抗层内的多个谐振器，其中该装置的发射率基于谐振器的特性。有利地，多个谐振器距离电反射接地平面一定距离处定位，该距离基于长波长红外线能量。有利地，谐振器中的至少一个包括多个通过电阻材料电耦合的导电元件。有利地，该电阻材料具有可调谐电阻率。优选地，装置还包括导电材料，用于控制电阻材料的电阻率。优选地，导电材料用于改变电阻率从而改变装置的发射率。优选地，电阻材料包含非晶氧化物半导体。有利地，该装置还包括与电反射接地平面相对地附接到阻抗层的抗反射涂层。优选地，抗反射涂层的厚度基本上等于所关注波长四分之一。优选地，抗反射涂层的厚度基本上等于从谐振器到电反射接地平面的距离。有利地，谐振器被布置为基本上平行于电反射接地平面。

根据本公开的方面，提供了一种装置，其包括介电层、距离接地平面一定距离定位以使从谐振器反射的能量与从接地平面反射的能量经历相消干涉的多个谐振器、电耦合到谐振器中的至少一个的电阻材料——所述电阻材料响应于电场显示电子迁移、以及施加电场以改变至少一个谐振器的吸收的导电层。有利地，谐振器中的至少一个包括具有多个天线臂的交叉偶极子天线。有利地，电场用来减小电阻材料的第一阻抗和与谐振器中的至少一个关联的阻抗值之间的差异，来增加装置的发射率。有利地，电场通过增大电阻材料的第一阻抗和与谐振器中的至少一个关联的阻抗值之间的差异，来减小装置的发射率。有利地，谐振器中的至少一个的宽度基本上等于所关注波长的二分之一。

根据本公开的方面，提供了一种方法，其包括调谐材料中的一个或多个谐振器的特性，从而改变一个或多个谐振器对辐射的吸收和改变一定量的由材料引起的相消干涉。有利地，该方法还可包括限制红外线波长中的材料辐射的发射。有利地，相消干涉包括发生在从一个或多个谐振器反射的辐射和从接地平面反射的辐射之间的相消干涉。有利地，该方法还可包括距离接地平面一定距离定位一个或多个谐振器，以使从一个或多个谐振器反射的第一辐射与从接地平面反射的第二辐射基于特性经历相消干涉。有利地，调谐特性包括将电信号施加到材料的电阻层，以改变邻近一个或多个谐振器的电阻层的阻抗。有利地，方法还可包括识别条件，其中调谐特性响应于识别条件，该条件为以下中的至少一个：与材料相邻的结构中的温度变化、辐射相对于材料的入射角变化、材料处的辐射强度变化、或材料的外部条件的变化。有利地，调谐一个或多个谐振器的特性包括调谐以下中的至少一个：一个或多个谐振器的几何结构、两个或多个谐振器的布置、一个或多个谐振器的静态阻抗、或谐振器中的至少一个被物理地分开的元件之间的导电槽。

已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者可以在其它实施方式中组合，其进一步详细说明可参考以下描述和附图看出。

附图说明