[发明专利]一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法；属于空间光学系统杂散光抑制领域。本发明解决了现有3D打印技术制备的超黑材料普遍存在的红外波段吸收率较低的问题。本发明通过调控3D打印喷涂工艺制备出可控表面几何结构、内壁微孔结构的杂散光抑制用超黑材料，并采用原子层沉积技术在超黑材料表面沉积AZO薄膜。本发明利用原子层沉积技术的高保形性特征在不影响超黑材料杂散光抑制结构(内壁微孔，几何结构)的基础上进一步提升超黑材料的红外波段吸收率，扩展该3D打印黑色材料在空间光学领域的应用空间。

技术领域

本发明属于空间光学系统杂散光抑制领域。

背景技术

杂散光是指到达光学系统像面的非目标、非成像光线，在探测器上形成背景噪声。它对光学系统的影响非常大，直接影响像面的对比度和信噪比，并且会在像面上产生光斑，甚至在某些情况下会致光学系统无法获取目标信息。杂光可以分为两类，一类是外部杂光，另一类是内部杂光。外部杂光主要是来自光学系统以外的杂散辐射，比如太阳光、大气的漫射光和地球表面的漫射光或者是散射光等，而内部的杂光主要就是指系统本身热辐射所产生的能量以及光学系统中的一些结构表面所产生的杂散光，或者是一些光学零件的表面或内部的加工缺陷所造成的散射光，以及其他的在多个表面之间由于光线多次反射所造成的杂光。随着空间光学系统探测精度要求的提高，杂光分析与抑制研究已成为空间光学遥感成像的关键技术之一。非成像光到达探测器表面形成杂散辐射，会降低图像的对比度、清晰度、影响图像色彩的还原，严重时目标图像会被杂散辐射噪声湮没，导致光学仪器无法正常工作。

遮光罩是航天光学系统广泛应用的抑制杂光措施，通过合理设计遮光罩结构与材料能够显著提升其杂散光抑制效果，提高光学系统的工作质量。其中构成遮光罩主体的常以表面覆盖黑色涂层的简易锥形/柱形的金属结构为主，呈多界面、多部分连接构型，在杂散光抑制、制备难度及光学系统轻量化方面仍有改进空间。使用3D打印技术制备的超黑材料可用于制备出一体，轻质、杂散光抑制结构可控的新型高性能遮光罩。但是目前采用3D打印技术制备的超黑材料存在红外波段吸收率较低的特征，一定程度限制了其在空间红外探测领域的应用空间。

发明内容

本发明要解决现有的通过3D打印技术制备的黑色材料普遍存在红外波段吸收率较低的问题，本发明通过调控3D打印喷涂工艺制备出可控表面几何结构、内壁微孔结构的杂散光抑制用超黑材料，并采用原子层沉积技术在超黑材料表面沉积AZO薄膜，利用原子层沉积技术的高保形性特征在不影响超黑材料杂散光抑制结构(内壁微孔，几何结构)的基础上进一步提升超黑材料的红外波段吸收率，扩展该3D打印黑色材料在空间光学领域的应用空间。

本发明中一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法是通过下述步骤完成：

步骤一、将本色的高性能聚合物和炭黑加入到挤出机中充分混合，炭黑的质量占高性能聚合物和炭黑总质量的0.5％-1.0％，然后挤出，得到线材；

步骤二、用步骤一获得的线材3D打印基础模型，得到的基础模型的表面具有微纳级别的微孔；

步骤三、然后原子层沉积技术在步骤二获得的基础模型上形成AZO薄膜；即完成。

进一步限定，步骤一所述高性能聚合物为聚醚醚酮PEEK、聚醚酰亚胺PEI或聚偏氟乙烯PVDF。

进一步限定，步骤二3D打印具体案下述步骤进行的：

步骤1、用Solidworks绘图软件，根据设计的结构图进行等比例制图建模，得到格式为STL的模型；

步骤2、将所得模型导入到3D切片软件中，设置相关参数：打印速度为5～40mm/s，打印头温度为380～460℃，成型挤出量为60％～140％，层厚0.05-0.2mm，填充密度20％-80％，完成参数设置后导出格式为Gcode的3D打印机可识别的数据文件；