[发明专利]一种基于相变材料的可调控红外伪装与隐身薄膜

说明书

本申请公开了一种基于相变材料的可调控红外伪装与隐身薄膜，包括分区控制电极，位于最底层，用于控制薄膜不同区域当中相变材料的相态；第一光子晶体层，在所述分区控制电极上部，用于实现8‑14um波段的辐射率调控；第二光子晶体层，在所述第一光子晶体层上面，用于实现3‑5um波段的辐射率调控；超表面辐射层，在所述第二光子晶体层上面，用于实现5‑8um波段的高辐射率，进而在非红外大气窗口给物体散热。该隐身薄膜可通过分区控制电极来控制相变材料的相态，进而可以实时调控薄膜的红外辐射能力，具有对物体隐身效果的开/关能力，且可以分区域控制，具有伪装物体红外成像特征的能力。

技术领域

本申请涉及红外隐身领域，尤其涉及一种基于相变材料的红外伪装与隐身薄膜。

背景技术

随着红外探测技术和电子信息处理系统的日益提升，红外侦查、红外夜视、红外制导等技术越来越广泛地应用于军事领域，导致在军事上武器装备以及作战人员的生存受到前所未有的巨大考验。红外探测技术能够有效提高目标的探测识别能力，并且能够克服不良气候条件、低能见度等因素对目标侦察带来的影响。为规避红外探测器的侦测，提升武器和作战人员的生存能力，红外隐身技术已成为备受关注的研究方向，是军事强国角逐军事高新技术的热点之一。红外隐身技术需要在红外探测的红外大气窗口波段(3-5um和8-14um)具有高反射、低辐射率。同时，隐身带来的热量累积会造成隐身材料温度的升高进而恶化其红外隐身功能，因此，红外隐身材料还需要具有非红外大气窗口波段(5-8um)有高辐射率的辐射散热功能。传统红外隐身涂料基于金属或半导体等天然材料的低发射率特性来实现了目标的红外隐身功能，其具有工艺简单、施工方便、不受目标表面形状限制等突出优点成为研究最广的红外隐身材料，但这种材料一般导热性差，导致热源无法及时散热，影响散热效果，而且往往无法满足多波段隐身的需求。现有的红外隐身大多采用融合多层薄膜和人工微纳结构双重设计的超材料，可实现多波段隐身。该种基于人工超材料的隐身系统虽然隐身效果好，但是设计的薄膜或者结构一旦使用，其功能就完全固定，无法实现对隐身功能的灵活的控制。

相变材料一般指在室温下具有稳定的晶态与非晶态，并能够在不同相态之间进行可逆的快速转变。在不同相态下，其光学特性包括折射率与吸收系数具有相当大的差异，其电学特性主要表现为电阻值也有相当大的差异。在近30年，相变材料被广泛于多媒体光学存储，如DVD中；近10年间，随着微电子技术的发展，相变材料开始被应用于高速非易失性存储器中。相变材料大致可分为两种，一种是以二氧化钒(VO₂)为代表的易失性相变材料，为单稳态，在不同的温度下只有一种稳定的相态，要想维持对应的相态，需要不断提供能量来维持其状态。另一种是以硫系相变材料((例如Ge₂Sb₂Te₅、Sb₂S₃，GeTe等)为代表，具有非易失性，具有多稳态，一个稳定的非晶态，一个或多个稳定的晶态，在电学或光学刺激下可实现可逆的转换。切换速度在纳秒级别(10ns-30ns)。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种基于相变材料的可调控红外伪装与隐身薄膜结构，以解决相关技术中存在的无法实现对隐身效果的实时调控的问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于相变材料的可调控红外伪装与隐身薄膜，包括：分区控制电极，位于最底层，用于控制薄膜不同区域当中相变材料的相态；第一光子晶体层，在所述分区控制电极上部，用于实现8-14um波段的辐射率调控；第二光子晶体层，在所述第一光子晶体层上面，用于实现3-5um波段的辐射率调控；超表面辐射层，在所述第二光子晶体层上面，用于实现5-8um波段的高辐射率。

进一步地，所述分区控制电极由金属构成，在外界电路的控制下，通过不同脉宽与不同幅值的电流脉冲来控制相变材料的相态。

进一步地，所述第一光子晶体层和第二光子晶体层均由相变材料薄膜和电介质材料薄膜交替生长构成。

进一步地，所述相变材料为锗锑碲合金、硫化锑、二氧化钒、锗锑合金中的一种。