[发明专利]一种温度与红外谱段发射率同时可调的超结构及其设计方法

权利要求书

1.一种温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于，包含：

热电结构和热致变色薄膜；

所述热电结构，通过半导体热电效应实现超结构温度的调控；

所述热致变色薄膜的热致相变材料在超结构温度变化过程中能发生相变。

2.根据权利要求1所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于，热致变色薄膜为FP谐振腔，包含：

热致相变材料结构(21)，下方依次为介质材料结构(22)、第一金属结构(23)、第一基板(31)和第二金属结构(24)。

3.根据权利要求1所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于，热致变色薄膜包含：

热致相变材料颗粒(21-1)的涂层，下方依次为第一金属结构(23)、第一基板(31)和第二金属结构(24)。

4.根据权利要求2或3所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于：

在红外波段[λ_min,λ_max]范围内，热致相变材料分别为金属态与绝缘态时，超结构分别处于高发射和低发射状态，高发射率和低发射率之间差值大于或等于0.2。

5.根据权利要求2所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于：

热致相变材料结构(21)的材质为VO₂或GST合金；介质材料结构(22)为红外透明材料，第一金属结构(23)为红外波段高反射材料，厚度为30～100nm，第二金属结构(24)为导体，第一基板(31)为高导热率材料。

6.根据权利要求3所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于：

所述热致相变材料颗粒(21-1)为VO₂颗粒，基底材质为红外透明材料(22-1)；第一金属结构(23)为红外波段高反射材料，第二金属结构(24)为导体，第一基板(31)为高导热率材料。

7.根据权利要求6所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于：

所述红外透明材料(22-1)为红外无损树脂；第一金属结构(23)为Ag或Al或Au或Cu；第二金属结构(24)为Cu，第一基板(31)为陶瓷基板或Rogers TC350^TMPlus层压板。

8.根据权利要求1所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于，所述热电结构包括：

第三金属结构(25)、连接所述热致变色薄膜与第三金属结构(25)的P型半导体晶粒(11)和N型半导体晶粒(12)、第二基板(32)；

所述热致变色薄膜的第二金属结构(24)与P型半导体晶粒(11)、N型半导体晶粒(12)、第三金属结构(25)组成完整的热电结构的电路，其中，任选第二金属结构(24)或第三金属结构(25)与外部电路相连，引入调控热电结构的电流。

9.根据权利要求8所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于：

所述第三金属结构(25)为导体，第二基板(32)为高导热率材料，P型半导体晶粒(11)和N型半导体晶粒(12)为塞贝克系数大于200uV/K的材料。

10.根据权利要求8所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于：

所述第三金属结构(25)为Cu；第二基板(32)为陶瓷基板或Rogers TC350^TMPlus层压板；P型半导体晶粒(11)和N型半导体晶粒(12)为Bi₂Te₃。

11.根据权利要求8所述的温度与红外谱段发射率同时可调的超结构，其特征在于：

所述热致变色薄膜采用磁控溅射工艺制作，所述热电结构采用制冷片加工工艺制作，采用导热胶将两者粘接在一起。

12.根据权利要求1-11之一所述的一种温度与红外谱段发射率同时可调超结构的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选定热电结构和热致变色薄膜的材料；

S2、优化超结构的几何参数、排列方式，使其在高温、低温时高发射率和低发射率之间差值大于或等于0.2。