CN111752062A - 一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，包括：缺陷态光子晶体层和设置在其上的柔性致变色结构，其中，缺陷态光子晶体层的结构为B[AB]nB[AB]nA中心掺杂态光子晶体膜系结构，其中，n表示A膜层和B膜层交替排列的周期次数，2≤n≤4；A膜层与B膜层满足以下条件：nAdA＝2650±25nm、nBdB＝2650±25nm、nAdA+nBdB＝5300nm、nA＜nB，其中，nA表示A膜层的折射率，nB表示B膜层的折射率，dA表示A膜层的厚度，dB表示B膜层的厚度。本发明的智能变色柔性器件，在柔性致变色结构的下表面设置有缺陷态光子晶体层，发挥了致变色材料与超构材料的协同作用，形成优势互补的光电器件，可以实现红外、激光、可见光兼容隐身功能。
Description
技术领域
本发明属于光电器件技术领域，具体涉及一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件。
背景技术
隐身技术是躲避摧毁与达成突袭的重要手段，成为世界各国武器装备高新技术之一。当前武器装备的精确制导与探测技术主要采用雷达、红外、激光、高光谱等手段，其中红外、激光、可见光都属于光学范畴。然而，现有隐身技术大都只对单一光波波段探测手段有效，却无法同时应对激光探测、红外探测、光谱探测等多种手段的联合探测。此外，现有的隐身技术大都属于静态伪装，在特定的战场背景环境下能起到较好的隐藏伪装效果，但又无法在装备机动过程中适应差异化的多域复杂背景变化，因此静态隐身技术已逐渐不能满足未来战场动态伪装需求。
由于当前多模复合制导技术和探测手段，尤其是以激光和红外复合探测为主，而现在兼容型隐身技术研究范畴的难点之一就是无法解决红外隐身与激光隐身的兼容性。鉴于此，世界各军事强国都在热衷于“变色龙”模式的自适应隐身技术研究，电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料等智能材料及器件被不断研发出来，但目前研发出的材料还存在红外调控能力差、变色功能单一等缺点。
因此，提供一种具备红外、可见光与激光兼容型自适应隐身功能的光电器件，具有非常重要的工程实用价值。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，包括：缺陷态光子晶体层和设置在其上的柔性致变色结构，其中，
所述缺陷态光子晶体层的结构为B[AB]nB[AB]nA中心掺杂态光子晶体膜系结构，其中，n表示A膜层和B膜层交替排列的周期次数，2≤n≤4；
所述A膜层与所述B膜层满足以下条件：
其中，nA表示A膜层的折射率，nB表示B膜层的折射率，dA表示A膜层的厚度，dB表示B膜层的厚度。
在本发明的一个实施例中，所述柔性致变色结构为柔性电致变色器件或光致变色膜结构。
在本发明的一个实施例中，所述A膜层和所述B膜层的材料为ZnS、ZnSe、PbTe、Al2O3、SiO2、Si3N4、MgF2或PbF2光学薄膜材料。
在本发明的一个实施例中，所述柔性电致变色器件包括自上而下依次设置的第一电极、第一电致变色层、电解质层、第二电致变色层、和第二电极，其中，
所述第一电极和所述第二电极为透光电极；
所述第一电致变色层和所述第二电致变色层采用高分子导电聚合物和过渡金属氧化物复合而成；
所述电解质层为ZrO2固态膜。
在本发明的一个实施例中，所述第一电极和所述第二电极为PET-ITO柔性透明导电薄膜。
在本发明的一个实施例中，所述第一电致变色层和所述第二电致变色层采用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一种或多种，与WO3、V2O5、MnO3中的一种或多种复合而成。
在本发明的一个实施例中，所述光致变色膜结构包括自上而下依次设置的第一基底层、光致变色层和第二基底层，其中，
所述第一基底层和所述第二基底层为聚乙烯膜；
所述光致变色层为TiO2、V2O5、MoO3或WO3薄膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，在柔性致变色结构的下表面设置有缺陷态光子晶体层，发挥了致变色材料与超构材料的协同作用，形成优势互补的光电器件，可以实现红外、激光、可见光兼容隐身功能。
2、本发明的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，在不同电场或光照的调控作用下可以改变材料的红外发射率与可见光变色，从而满足自适应动态伪装功能需求，以应付当前的可见光谱、红外、激光等多种手段联合探测与追踪，提高了军事装备目标的伪装性能与突防性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种缺陷态光子晶体层的红外波段的反射光谱特性图；
图4是本发明实施例提供的另一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种缺陷态光子晶体层的红外波段的反射光谱特性图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件的结构示意图。如图所示，本实施例的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，包括：缺陷态光子晶体层1和设置在其上的柔性致变色结构2，其中，
缺陷态光子晶体层1的结构为B[AB]nB[AB]nA中心掺杂态光子晶体膜系结构，其中，n表示A膜层和B膜层交替排列的周期次数，2≤n≤4；
A膜层与B膜层满足以下条件：
其中，nA表示A膜层的折射率，nB表示B膜层的折射率，dA表示A膜层的厚度，dB表示B膜层的厚度。
优选地，A膜层和B膜层交替排列的周期次数取2。当n＝2时，缺陷态光子晶体层1的结构为B[AB]2B[AB]2A，也就是在[BA]5光子晶体超构材料的中心多插入一层B膜层作为掺杂缺陷层，形成B[AB]2B[AB]2A，打乱了原来[BA]5光子晶体超构材料的交替排列规则结构。
值得说明的是，A膜层与B膜层的折射率与膜层厚度的乘积值应该尽量接近相等，且其乘积的值应该尽量接近2650nm。
本实施例的缺陷态光子晶体层1利用光子晶体的红外宽域禁带特性可以实现3～5μm与8～14μm双红外波段高反射光谱，并运用掺杂缺陷层B调制光子晶体能带特性，在10.6μm附近处形成光子局域效应，形成激光频域的“光谱挖孔”现象，可以实现红外与激光的兼容隐身。当A膜层和B膜层交替排列的周期次数取2时，在10.6μm处的“光谱挖孔”现象的效果最佳。
类似于半导体控制电子传输一样，光子晶体能控制电磁波的传输特性，周期性特殊结构易于形成特定波段光子禁带，使得特定频域光波无法透过形成高反射特性。若在光子晶体中合理掺入缺陷破坏周期结构，使相应频率的光子就被局域在缺陷态中，直接导致光子高反射禁带的“光谱挖孔”现象。
周期结构被破坏就会在光子禁带中产生缺陷态，与之频率相对应的光子就被局域在缺陷态中，偏离缺陷态就会被强烈散射，可以通过在光子晶体中引入缺陷，实现相应波段辐射特性的增强。
进一步地，柔性致变色结构2为柔性电致变色器件20或光致变色膜结构30。其中，柔性电致变色器件20在电场调控作用下，可以使得电致变色层材料发生氧化还原反应，从而达到智能变色与红外辐射调控功能。光致变色膜结构30可以在紫外线照射下发生可逆转性的材料分子结构改变或化学反应，进而实现颜色与红外发射率的可逆调控。
具体地，A膜层和B膜层的材料为ZnS、ZnSe、PbTe、Al2O3、SiO2、Si3N4、MgF2或PbF2光学薄膜材料。
本发明实施例的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，在柔性致变色结构2的下表面设置有缺陷态光子晶体层1，发挥了致变色材料与超构材料的协同作用，形成优势互补的光电器件，可以实现红外、激光、可见光兼容隐身功能。另外，本发明实施例的智能变色柔性器件，在不同电场或光照的调控作用下可以改变材料的红外发射率与可见光变色，从而满足自适应动态伪装功能需求，以应付当前的可见光谱、红外、激光等多种手段联合探测与追踪，提高了军事装备目标的伪装性能与突防性能。
实施例二
请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件的结构示意图。如图所示，本实施例的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，是由柔性电致变色器件20和镀制在其下表面的缺陷态光子晶体层1组成。柔性电致变色器件20包括自上而下依次设置的第一电极201、第一电致变色层202、电解质层203、第二电致变色层204、和第二电极205。其中，第一电极201和第二电极205为透光电极。第一电致变色层202和第二电致变色层204采用高分子导电聚合物和过渡金属氧化物复合而成。电解质层203为ZrO2固态膜。
具体地，第一电极201和第二电极205为PET-ITO柔性透明导电薄膜。
进一步地，第一电致变色层202和第二电致变色层204采用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一种或多种，与WO3、V2O5、MnO3中的一种或多种复合而成。
在本实施例中，第一电致变色层202和第二电致变色层204均采用聚苯胺与纳米WO3复合而成，分别涂覆在第一电极201和第二电极205上。电解质层203用于第一电致变色层202和第二电致变色层204之间的离子传导，与两个电极之间的电子传导达到电荷平衡。
本实施的柔性电致变色器件20，在电场调控作用下，聚苯胺/WO3复合材料发生氧化还原反应，起到黄色-绿色-蓝色-褐色的智能变色与红外发射率微调控作用。在本实施例中，电场调控可以通过外接的电场控制器进行调控。
进一步地，缺陷态光子晶体层1的结构为B[AB]2B[AB]2A，在本实施例中，A膜层采用ZnS光学薄膜材料，其折射率nA为2.2，厚度dA为1204nm，B膜层采用PbTe光学薄膜材料，其折射率nB为5.6，厚度dB为473nm。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种缺陷态光子晶体层的红外波段的反射光谱特性图。如图所示，在700nm～15000nm的红外波段，本实施例的PbTe[ZnS\PbTe]2PbTe[ZnS\PbTe]2ZnS缺陷态光子晶体层1利用光子晶体的红外宽域禁带特性可以实现3～5μm与8～14μm双红外波段高反射光谱，并在10.6μm附近处形成光子局域效应，形成激光频域的“光谱挖孔”现象，可以实现红外与激光的兼容隐身。
实施例三
请参见图4，图4是本发明实施例提供的另一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件的结构示意图。如图所示，本实施例的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，是由光致变色膜结构30和镀制在其下表面的缺陷态光子晶体层1组成。光致变色膜结构30包括自上而下依次设置的第一基底层301、光致变色层302和第二基底层303，其中，第一基底层301和第二基底层303为聚乙烯膜；光致变色层302为TiO2、V2O5、MoO3或WO3薄膜。
在本实施例中，光致变色层302为TiO2无机光致变色化合物薄膜，其涂覆在第一基底层301和第二基底层303上。
本实施例的光致变色膜结构30中的TiO2无机光致变色化合物薄膜在紫外光照的作用下，能使过渡金属Ti离子发生氧化还原反应，可在无色-蓝色之间实现光致变色的循环变色-褪色性能。
进一步地，缺陷态光子晶体层1的结构为B[AB]2B[AB]2A，在本实施例中，A膜层采用SiO2光学薄膜材料，其折射率nA为1.45，厚度dA为1827nm，B膜层采用PbTe光学薄膜材料，其折射率nB为5.6，厚度dB为473nm。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的另一种缺陷态光子晶体层的红外波段的反射光谱特性图。如图所示，在700nm～15000nm的红外波段，本实施例的PbTe[SiO2\PbTe]2PbTe[SiO2\PbTe]2SiO2缺陷态光子晶体层1利用光子晶体的红外宽域禁带特性可以实现3～5μm与8～14μm双红外波段高反射光谱，并在10.6μm附近处形成光子局域效应，形成激光频域的“光谱挖孔”现象，可以实现红外与激光的兼容隐身。
本发明实施例的的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，在柔性致变色结构2的下表面设置有缺陷态光子晶体层1，发挥了致变色材料与超构材料的协同作用，形成优势互补的光电器件，可以实现红外、激光、可见光兼容隐身功能。另外，在不同电场或光照的调控作用下可以改变材料的红外发射率与可见光变色，从而满足自适应动态伪装功能需求，以应付当前的可见光谱、红外、激光等多种手段联合探测与追踪，提高了军事装备目标的伪装性能与突防性能。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，其特征在于，包括：缺陷态光子晶体层(1)和设置在其上的柔性致变色结构(2)，其中，
所述缺陷态光子晶体层(1)的结构为B[AB]nB[AB]nA中心掺杂态光子晶体膜系结构，其中，n表示A膜层和B膜层交替排列的周期次数，2≤n≤4；
所述A膜层与所述B膜层满足以下条件：
其中，nA表示A膜层的折射率，nB表示B膜层的折射率，dA表示A膜层的厚度，dB表示B膜层的厚度。
2.根据权利要求1所述的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，其特征在于，所述柔性致变色结构(2)为柔性电致变色器件(20)或光致变色膜结构(30)。
3.根据权利要求1所述的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，其特征在于，所述A膜层和所述B膜层的材料为ZnS、ZnSe、PbTe、Al2O3、SiO2、Si3N4、MgF2或PbF2光学薄膜材料。
4.根据权利要求2所述的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，其特征在于，所述柔性电致变色器件(20)包括自上而下依次设置的第一电极(201)、第一电致变色层(202)、电解质层(203)、第二电致变色层(204)、和第二电极(205)，其中，
所述第一电极(201)和所述第二电极(205)为透光电极；
所述第一电致变色层(202)和所述第二电致变色层(204)采用高分子导电聚合物和过渡金属氧化物复合而成；
所述电解质层(203)为ZrO2固态膜。
5.根据权利要求4所述的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，其特征在于，所述第一电极(201)和所述第二电极(205)为PET-ITO柔性透明导电薄膜。
6.根据权利要求4所述的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，其特征在于，所述第一电致变色层(202)和所述第二电致变色层(204)采用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一种或多种，与WO3、V2O5、MnO3中的一种或多种复合而成。
7.根据权利要求2所述的具备红外激光兼容伪装功能的智能变色柔性器件，其特征在于，所述光致变色膜结构(30)包括自上而下依次设置的第一基底层(301)、光致变色层(302)和第二基底层(303)，其中，
所述第一基底层(301)和所述第二基底层(303)为聚乙烯膜；
所述光致变色层(302)为TiO2、V2O5、MoO3或WO3薄膜。
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