[发明专利]一种纳米颗粒负载多孔超宽光谱吸收涂层及制备方法

说明书

本发明涉及宽光谱吸收涂层，特指一种纳米颗粒负载多孔超宽光谱吸收涂层及制备方法。本发明将微米碳颗粒(CMP)、纳米碳颗粒(CNP)、Si₃N₄和TiN纳米颗粒依次添加到树脂溶剂中，然后通过高压静电喷涂制备为超宽光谱吸收涂层。在高压静电喷涂过程中，大量带电的CMP相互排斥，形成多孔骨架，CNP、Si₃N₄和TiN纳米颗粒负载在CMP表面，形成纳米颗粒负载多孔超宽光谱吸收涂层。得益于CMP，CNP，Si₃N₄和TiN的协同作用，本发明公开的纳米颗粒负载多孔超宽光谱吸收涂层不仅可以形成操控入射光波的引导多孔模式；同时负载的纳米粒子可提供多次反射和散射，使光传播路径增加，从而导致涂层的吸收增强。

技术领域

本发明属于宽光谱吸收涂层领域，涉及一种纳米颗粒负载多孔超宽光谱吸收涂层及制备方法。

背景技术

热探测器是吸收红外辐射后，温度升高，可以使探测材料产生温差电动势、电阻率变化，自发极化强度变化，或者气体体积与压强变化等，测量这些物理性能的变化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。因此，吸收涂层的吸收波段以及吸收率直接决定着热探测的响应率和工作波段，是红外热探测器芯片的核心。以红外热电堆传感器为例，如果其在8-14μm范围内表现很强的吸收特性，那么此红外热电堆传感器可以用于非接触温度探测；如果其在3-8μm范围内表现很强的吸收特性，那么此红外热电堆传感器可以用于CO₂，CO，N₂O和CH₄等气体探测。目前，传统用于红外热电堆传感器的宽光谱吸收涂层主要为多孔金属(称为“金属黑”，例如黑金，黑银，黑铂以及硅纳米结构)。由于其具有树枝状多孔结构，减少了反射，因此在在很宽的波长范围(从非常短的波长到超过10μm的长波长)都表现出出色的吸收性能。但是，这些多孔金属很容易被接触破坏，难以图案化并且与CMOS不兼容。同时，制备工艺复杂，如：磁控溅射，光刻，激光脉冲和电化学蚀刻，成本高。因此开发一款吸收光谱宽，吸收率高以及制备工艺简单的吸收涂层是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米颗粒负载多孔宽光谱吸收涂层及制备方法，将微米碳颗粒(CMP)、纳米碳颗粒(CNP)、Si₃N₄和TiN纳米颗粒依次添加到树脂溶剂中得到混合溶液，然后通过高压静电喷涂制备为超宽光谱吸收涂层。其中，微米碳颗粒(CMP)的粒径为500nm；纳米碳颗粒(CNP)、Si₃N₄和TiN纳米颗粒的粒径为20nm；树脂溶剂为溶剂型丙烯酸树脂。混合溶液通过高压静电喷涂制备为超宽光谱吸收涂层，喷涂枪容积0.5μl，喷涂电压18kv，喷涂高度3cm，喷涂时间2min。

本发明纳米颗粒负载多孔宽光谱吸收涂层的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

步骤1：取一定比例的CMP，CNP，Si₃N₄纳米颗粒和TiN纳米颗粒，依次倒入分散剂中，搅拌至完全分散形成粉体溶液；

步骤2：将树脂溶剂加入有机溶剂中，磁力搅拌至完全溶解，静置一段时间，形成分散均匀的树脂溶液。

步骤3：将粉体溶液与树脂溶液按一定比例混合，并搅拌均匀形成涂层溶液；

步骤4：用喷涂方法将涂层溶液喷涂在工件上，形成所需厚度的预制涂层。

步骤5：将带有预制涂层的工件放入烘箱中，在一定温度和时间条件下进行烘烤，烘烤后从烘箱中取出并冷却。

步骤1中，CMP，CNP，Si₃N₄纳米颗粒、TiN纳米颗粒和分散剂的质量比为2:1:1:1:40，所述分散剂为天那水。

步骤2中，树脂溶剂与有机溶剂的质量比为2:1，所述有机溶剂为天那水，磁力搅拌30min至完全溶解，静置30min。