CN105428516B - 一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构 - Google Patents

一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构包括：加热基底、二氧化钒薄膜和电极对；二氧化钒薄膜涂覆或蒸镀在加热基底上表面；加热基底为二氧化钒薄膜提供支撑的同时通过电流加热来改变二氧化钒薄膜的温度；电极对位于加热基底的两端，连通外部电源和加热基底，用于改变加热基底温度，从而调节二氧化钒发射率的变化。能够实现低功耗和快速调节的红外伪装。

Description

一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构
技术领域
本发明涉及一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构，特别适用于平面、曲面、柔性表面的红外伪装或隐身的需求。
背景技术
在自然界中，变色伪装是许多动物为了适应生存而进化出的奇异能力。例如，变色龙和章鱼可以根据周围环境主动地改变皮肤颜色，从而达到伪装或隐身的目的。与动物在可见光波段的伪装类似，红外波段的伪装也是一项极为重要的技术，在军事与商业方面都具有广泛的应用前景。
红外热成像仪是实现红外探测与侦察最重要的器件，其通过测量物体热辐射能量来显示被测目标。根据热辐射定律，辐射能量并不单由物体的温度决定，其与物体的表面发射率密切相关，因此，人们可以通过调节物体的温度和发射率两种途径来实现红外伪装。根据红外热成像仪的探测原理，红外成像仪测得的电信号U如下式表示：
U＝C·[sSobf+(1-s)Samb-Somr]＝C·Mtotal
其中，C为红外热成像仪的特征常数，ε为被测物体在红外热成像仪探测频谱范围内的综合发射率，Sobj、Samb和Scmr分别为被测物体、环境和红外热成像仪对应温度黑体的综合辐射能量。对于红外热成像仪而言，只要两物体辐射出的总能量Mtotal相等，那么红外热成像仪就不能分辨出这两个物体。
红外伪装的现有技术中，最常用的是将相对较热的目标物体需要隐藏于较冷的背景环境中。例如，2012年英国BAE SYSTEMS公司利用变温原理开发了一套应用于坦克、舰船等表面的热电贴片，通过电制冷却的方式调节贴片的温度，能够主动地改变坦克、舰船等军事目标物在红外热成像仪中的影像，使之与环境一致或者显示为小客车、帆船等非军事目标形状，从而达到红外伪装的目的。然而，这种通过直接制冷来实现红外伪装的方式并非是一种理想的途径，这是由于制冷会导致额外的热量产生，这些热量将从目标物的其他地方释放出来，从而有可能增加目标物暴露的几率。申请人进行了多篇文献和专利检索，并未发现与本发明类似的技术解决方案。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构，本发明将二氧化钒薄膜和加热基底结合制成的红外伪装结构，能够实现低功耗和快速调节的红外伪装。
本发明的技术解决方案是：
一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构包括：加热基底、二氧化钒薄膜和电极对；
二氧化钒薄膜涂覆或蒸镀在加热基底上表面；加热基底为二氧化钒薄膜提供支撑的同时通过电流加热来改变二氧化钒薄膜的温度；电极对位于加热基底的两端，连通外部电源和加热基底，用于改变加热基底温度，从而调节二氧化钒发射率的变化。
加热基底选择碳纳米管石墨烯薄膜，碳纳米管石墨烯薄膜由碳纳米管薄膜与石墨烯薄膜复合而成，正六边形碳原子结构组成的石墨烯薄膜平铺于交叉网状结构的碳纳米管薄膜上，然后通过磁控溅射，将二氧化钒薄膜(1)直接蒸镀到碳纳米管石墨烯复合薄膜上。
加热基底还可以选择金属、半导体、有机薄膜、纸和编织物；其中，半导体、有机薄膜、纸和编织物需要进行蒸镀金属薄膜或旋涂导电介质层的表面处理用以提高其导电性。
二氧化钒薄膜的厚度为10nm-1mm。
碳纳米管石墨烯薄膜厚度在纳米到微米厚度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明利用二氧化钒的负发射率温度性能和小热容的加热基地，实现了低功耗和快速调节的红外伪装，与现有技术相比，该结构能够自主调节温度变化，不受周围环境影响，可靠性高，不易增加暴露的危险性
(2)本发明通过二氧化钒薄膜调节发射率来，进而实现红外伪装，相比于现有技术通过调节温度来实现伪装，本发明通过调节发射率是一种更加有效的方式，伪装效果更加高效，能够很容易隐藏域背景当中，本发明属于国内外首创。
(3)本发明采用低热容基底，有利于降低红外伪装器件的能耗和提高红外伪装器件的响应速率，尤其是采用碳纳米管石墨烯薄膜，不仅通过优异的机械性能，为二氧化钒提供了良好的支撑基底能够，而且有利于实现电流加热驱动二氧化钒实现相变，保证了伪装效果。
(4)本发明结构简单，无需制冷装置，有利于降低成本，通用性和实用价值大大提高，更具备工程价值。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明正六边形加热基底结构示意图；
图3为本发明正六边形加热基底大面积拼接结构示意图；
图4为本发明采用碳纳米管石墨烯薄膜作为加热基底结构示意图；
图5为本发明碳纳米管石墨烯薄膜结构示意图；
图6为本发明将二氧化钒薄膜和碳纳米管石墨烯薄膜组合结构示意图；
图7为本发明二氧化钒薄膜和碳纳米管石墨烯薄膜的发射率随温度变化示意图；
图8为本发明利用碳纳米管石墨烯薄膜给二氧化钒薄膜直接加热后的伪装效果示意图；
图9为本发明利用碳纳米管石墨烯薄膜给二氧化钒薄膜回滞加热后的的伪装效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构组成做解释和说明。
如图1所示，本发明一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构包括加热基底1、二氧化钒薄膜2和电极对3；
二氧化钒薄膜2涂覆或蒸镀在加热基底上表面，二氧化钒薄膜(2)的厚度为10nm-1mm；加热基底1为二氧化钒薄膜提供支撑的同时通过电流加热来改变二氧化钒薄膜2的温度；电极对3位于加热基底1的两端，连通外部电源和加热基底1，用于改变加热基底温度，从而调节二氧化钒发射率的变化。
加热基底1可以选择碳纳米管石墨烯薄膜、金属、半导体、有机薄膜、纸和编织物；其中，半导体、有机薄膜、纸和编织物需要进行蒸镀金属薄膜或旋涂导电介质层的表面处理用以提高其导电性，或者排布加热电极结构来实现基底加热。
如图2和3所示，本发明的加热基底一般采用正六边形结构，电极对3排布在加热基底上以实现对基底的加热，二氧化钒薄膜2涂覆或蒸镀在加热基底的表面。利用此正六边形结构作为单元易于拼接应用于大面积的结构体表面，以此实现大型结构体的红外伪装。
本发明经过大量的实验论证和分析选择二氧化钒薄膜作为发射率调节薄膜，具体实验情况见表1：
表1 二氧化钒薄膜选择实验
材料 发射率改变值
二氧化钒薄膜 0.37
LaSrMnO3薄膜 0.25
WO3薄膜 0.33
经过分析，选择二氧化钒薄膜作为发射率调节薄膜时，发射率改变值最大，效果最明显，本发明经过多次表1所述的实验，最终确定二氧化钒薄膜作为调节发射率的材料。另外二氧化钒(vanadium dioxide，VO2)作为一种相变材料，其在68℃会发生半导体-金属相变，经过试验发现其发射率在相变温度附近呈现出负温度发射率特性，即温度升高发射率下降性能。
下面结合具体实施例对本发明的组成做进一步说明。
如图4、5所示，加热基底1选择碳纳米管石墨烯薄膜，碳纳米管石墨烯薄膜由碳纳米管薄膜与石墨烯薄膜复合而成，正六边形碳原子结构组成的石墨烯薄膜平铺于交叉网状结构的碳纳米管薄膜上，然后通过磁控溅射，将二氧化钒薄膜1直接蒸镀到碳纳米管石墨烯复合薄膜上。碳纳米管石墨烯薄膜厚度在纳米到微米厚度。
本发明经过大量的实验论证和分析选择碳纳米管石墨烯薄膜作为加热基底，具体实验情况见表2：
表2 二氧化钒薄膜选择实验
经过分析，选择碳纳米管石墨烯薄膜作为加热基底，主要有三大优点：(1)此复合薄膜厚度在10nm-100微米，具有极低的单位面积热容，这能提高器件的响应速率并降低能耗；(2)此复合薄膜具有优异的机械性能，为二氧化钒提供了良好的支撑基底；(3)碳纳米管和石墨烯都具有较好的导电性，有利于实现电流加热驱动二氧化钒实现相变。
在本发明实例中，我们通过磁控溅射的方法，将二氧化钒薄膜直接蒸镀到碳纳米管石墨烯复合薄膜之上，其结构扫描电子显微镜照片如图6所示。通过红外探测工业标准的标定发射率的方法，测得二氧化钒/石墨烯/碳纳米管薄膜平铺在黑色3M胶带上的发射率随温度变化如图7所示，由此可见，其发射率可从室温～0.86变化到高温～0.49，显示出明显的负温度发射率特性。
如图7所示，由于二氧化钒/石墨烯/碳纳米管薄膜体系的发射率随温度变化具有一定的回滞特性，本发明采用直接加热和回滞加热两种方式对复合薄膜体系进行加热。如图8所示，利用碳纳米管石墨烯薄膜给二氧化钒薄膜直接加热后的伪装效果示意图，实验中，5mm*5mm二氧化钒和碳纳米管石墨烯薄膜处于发射率约为0.67的背景中间，当对复合薄膜施加10mA的加热电流(电极结构被背景覆盖)，复合薄膜样品的红外热成像图样与背景趋于一致，对应样品与背景之间的红外热成像仪示温差从5.1℃减小为0.7℃。
如图9所示，通过回滞加热方式实现二氧化钒和碳纳米管石墨烯薄膜的伪装效果。实验中，对复合薄膜样品先施加的加热电流12mA然后降低到6.5mA，可以看出，经历了回滞加热之后，复合薄膜样品与背景的红外热成像仪的示温趋于一致。从而，使得复合薄膜样品在红外热成像仪中隐藏于背景之中，实现了红外伪装的效果。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构，其特征在于包括：加热基底(1)、二氧化钒薄膜(2)和电极对(3)；
二氧化钒薄膜(2)涂覆或蒸镀在加热基底上表面；加热基底(1)为二氧化钒薄膜提供支撑的同时通过电流加热来改变二氧化钒薄膜(2)的温度；电极对(3)位于加热基底(1)的两端，连通外部电源和加热基底(1)，用于改变加热基底温度，从而调节二氧化钒发射率的变化；
所述加热基底(1)选择碳纳米管石墨烯薄膜，碳纳米管石墨烯薄膜由碳纳米管薄膜与石墨烯薄膜复合而成，正六边形碳原子结构组成的石墨烯薄膜平铺于交叉网状结构的碳纳米管薄膜上，然后通过磁控溅射，将二氧化钒薄膜(2)直接蒸镀到碳纳米管石墨烯复合薄膜上。
2.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构，其特征在于：所述二氧化钒薄膜(2)的厚度为10nm-1mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒的主动型红外伪装结构，其特征在于：所述碳纳米管石墨烯薄膜厚度在纳米到微米厚度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021064733A2 (en) 2019-10-02 2021-04-08 Polaris Solutions Ltd. Method and device for generating a thermal signature

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107946451B (zh) 2016-10-12 2019-07-12 清华大学 一种温度感测系统
CN107932475B (zh) 2016-10-12 2019-07-12 清华大学 一种仿生手臂及采用该仿生手臂的机器人
CN107933911B (zh) 2016-10-12 2019-07-12 清华大学 一种仿生昆虫
CN107934904B (zh) * 2016-10-12 2019-07-12 清华大学 一种基于碳纳米管的致动器以及致动系统
CN107141907B (zh) * 2017-06-22 2019-09-13 中国人民解放军国防科学技术大学 一种可见/红外兼容自适应伪装涂层及其制备方法
CN109336045B (zh) * 2018-09-29 2020-08-04 湖北大学 一种动态快速调控红外光透过率的柔性器件及其制备方法和应用
CN111060993B (zh) * 2019-11-05 2021-05-04 吉林大学 渐变折射率膜系
CN115064679B (zh) * 2022-07-04 2024-04-23 佛山科学技术学院 一种氧化钒微米棒簇及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101400198A (zh) * 2007-09-28 2009-04-01 清华大学 面热光源，其制备方法及应用其加热物体的方法
CN102167564A (zh) * 2010-11-13 2011-08-31 电子科技大学 一种热致变红外发射率陶瓷薄片材料及其制备方法
CN103424034A (zh) * 2013-08-19 2013-12-04 青岛大学 一种防红外伪装遮蔽物

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002313956A1 (en) * 2002-08-02 2004-03-29 Taek Soo Lee Seat-like heating units using carbon nanotubes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101400198A (zh) * 2007-09-28 2009-04-01 清华大学 面热光源，其制备方法及应用其加热物体的方法
CN102167564A (zh) * 2010-11-13 2011-08-31 电子科技大学 一种热致变红外发射率陶瓷薄片材料及其制备方法
CN103424034A (zh) * 2013-08-19 2013-12-04 青岛大学 一种防红外伪装遮蔽物

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《二氧化钒薄膜制备及其热致变发射率特性研究》;刘东青 等;《红外技术》;20100331;第32卷(第3期);摘要、1.1 薄膜制备、 2.2 红外热图分析、2.3 热致变发射率特性、3 结论与展望 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021064733A2 (en) 2019-10-02 2021-04-08 Polaris Solutions Ltd. Method and device for generating a thermal signature
EP4041677A4 (en) * 2019-10-02 2024-01-03 Polaris Solutions Ltd METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A THERMAL SIGNATURE

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CN105428516A (zh) 2016-03-23

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