[发明专利]一种红外发射率可调柔性薄膜及其制备方法

说明书

一种红外发射率可调柔性薄膜及其制备方法，它属于智能热控领域。本发明要现有方法提高基于VO₂的智能热控器件发射率变化值，需要高精度的真空镀膜系统和微纳结构加工系统，成本高，制备效率低，面积大小受限，且制备温度较高，难以在柔性基底上沉积柔性薄膜，不能满足异形结构应用的问题。一种红外发射率可调柔性薄膜自下而上依次由高反射金属基底层、VO₂复合层和表面保护层组成。制备方法：一、微米级W掺杂VO₂颗粒的制备；二、VO₂复合层膜的制备；三、高反射金属基底层沉积；四、表面保护层沉积。本发明用于红外发射率可调柔性薄膜及其制备。

技术领域

本发明属于智能热控领域。

背景技术

VO₂是一种热致变色材料，具有低温红外波段高透过，高温红外波段高反射的特性，非常适合作为可变红外发射率器件。一般地，将VO₂薄膜沉积在红外波段高反射的基底上，低温时透过VO₂薄膜的红外光被基底反射，器件呈低发射率；高温时，红外光不能透过VO₂薄膜，由于VO₂薄膜的反射低于高反射的基底，器件发射率变大，非常适合做智能热控。然而，由于VO₂薄膜高温的反射较高，导致基于VO₂的智能热控器件的高温发射率较低，发射率变化值仅为0.1～0.3，严重制约其在热控领域应用。近年来的研究发现，当VO₂处于亚波长结构时，其高温金属态具有表面等离子体共振效应，能够增加在共振波长的吸收，从而提高红外发射率。共振波长与强度受亚波长结构尺寸大小、分布和形状的影响。如通过设计制备微米级的VO₂超表面，利用其在8μm～14μm的表面等离子体共振，增加了其在该波长的吸收，提高了VO₂超表面的高温红外发射率，实现了VO₂智能辐射器发射率变化大于0.4。然而，该方法需要高精度的真空镀膜系统和微纳结构加工系统，成本高，制备效率低，面积大小受限，且制备温度较高(500℃左右)，难以在柔性基底上沉积柔性薄膜，不能满足异形结构的应用。

发明内容

本发明要解决现有方法提高基于VO₂的智能热控器件发射率变化值，需要高精度的真空镀膜系统和微纳结构加工系统，成本高，制备效率低，面积大小受限，且制备温度较高，难以在柔性基底上沉积柔性薄膜，不能满足异形结构应用的问题，而提供一种红外发射率可调柔性薄膜及其制备方法。

一种红外发射率可调柔性薄膜自下而上依次由高反射金属基底层、VO₂复合层和表面保护层组成；

所述的VO₂复合层由红外透明基体材料及多个微米级W掺杂VO₂颗粒组成，微米级W掺杂VO₂颗粒分布于红外透明基体材料内部；所述的微米级W掺杂VO₂颗粒的最大尺寸为1μm～10μm；所述的微米级W掺杂VO₂颗粒与红外透明基体材料的质量比为(0.5～5):100；所述的微米级W掺杂VO₂颗粒中W占W与V的总原子数的0％～2.5％。

一种红外发射率可调柔性薄膜的制备方法，它是按以下步骤进行的：

一、微米级W掺杂VO₂颗粒的制备：

将V₂O₅粉末加入到超纯水中，然后依次添加钨酸和草酸，充分搅拌后，得到草绿色透明溶液，将草绿色透明溶液在温度为180℃～250℃的条件下，保温12h～144h，然后利用水和乙醇反复离心分散并清洗沉淀物，得到微米级W掺杂VO₂颗粒；

所述的微米级W掺杂VO₂颗粒中W占W与V的总原子数的0％～2.5％；

二、VO₂复合层的制备：