CN112859216B - 具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构，属于热辐射技术领域。该结构包括基底、反射层及发射层，单晶硅基底上电镀一层银薄膜或者其他金属材料薄膜作为反射层，然后在反射层上方依次电镀三层不同的电介质薄膜作为发射层，从而设计一种常温下在其光谱辐射力峰值波长附近的波带范围内具有强烈方向选择性发射率的多层薄膜结构。该多层薄膜结构简单，在保证常温物体充分向外辐射能量的同时，大幅减少了垂直界面方向的热辐射强度，在红外隐身等广泛领域重要的应用前景。

Description

具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构
技术领域
本发明涉及热辐射技术领域，特别是指一种具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构。
背景技术
自然物体通常表现为各向同性热辐射特征，其向外发射的热辐射不具有明显的方向性。随着科学技术的发展，很多应用领域对热辐射的方向选择性提出了较高的要求，因此具有方向选择性的热发射结构得到了广泛的研究。
以降低装备红外线发射和削弱敌方红外探测效能为宗旨的红外隐身技术，已成为现代武器装备必须具备的重要性能和显著特征。红外隐身技术通过特殊设计的结构改变目标的红外辐射特征，使目标难以被探测从而具有较好的隐身性。红外隐身包括近红外(1～3微米)、中红外(3～5微米)、远红外(8～14微米)三个波段的隐身，其中8～14微米波段是红外热成像的重要波段之一。
根据不同的单一电介质薄膜结构的发射率随波长和方向的分布特性，本发明设计了一种在宽波带范围内具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构。该结构在常温黑体辐射力峰值波长附近的λ＝8.0～11.0微米波段范围内的发射率具有显著的方向选择性：在大天顶角θ方向(平行于薄膜表面的方向)发射率较高，而在小天顶角方向(薄膜厚度方向)的发射率较低，在天顶角θ＝20°和80°方向的发射率的相对差异均高于80％。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构。
该结构包括基底、反射层及发射层，基底上电镀反射层，反射层上电镀发射层，发射层由下到上的三层电介质薄膜依次为电介质平板SiO2、电介质平板SiO和电介质平板Al2O3。
基底材料为单晶硅。
反射层材料为银或其他金属材料，厚度大于0.1微米。
发射层三层电介质薄膜的厚度为0.1～1.0微米，其中电介质平板SiO2优选为0.1微米、电介质平板SiO优选为0.1微米、电介质平板Al2O3优选为0.3微米。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，该结构在维持常温物体在向外辐射能量的同时，大幅减少了沿薄膜厚度方向上的红外发射，在红外隐身等广泛领域重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明结构的立体图；
图2为本发明结构的剖面图；
图3(a)为本发明多层电介质平板发射器的发射率随波长和天顶角的分布云图；
图3(b)为本发明多层电介质平板发射器在波长λ＝8.0，9.0，10.0以及11.0微米处的发射率随发射天顶角分布云图。
其中：(1)-基底，(2)-反射层，(3)-电介质平板SiO2，(4)-电介质平板SiO，(5)-电介质平板Al2O3，(6)-发射层。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构。
如图1、图2所示，该结构包括基底1、反射层2及发射层6，基底1、反射层2及发射层6从下往上依次相连，发射层6由下到上依次包括电介质平板SiO2 3、电介质平板SiO 4和电介质平板Al2O3 5。
基底1材料为单晶硅。
反射层2材料为银或其他金属材料，厚度大于0.1微米。
发射层6三层电介质薄膜的厚度为0.1～1.0微米，其中电介质平板SiO23优选为0.1微米、电介质平板SiO 4优选为0.1微米、电介质平板Al2O3 5优选为0.3微米。
实际设计中，如图1和图2，基底1选用单晶硅，基底1上电镀0.1微米的银作为反射层2，反射层2上依次电镀厚度d1为0.1微米的电介质平板SiO2 3、厚度d2为0.1微米的电介质平板SiO 4和厚度d3为0.3微米的电介质平板Al2O3 5。θ为天顶角。
如图3(a)所示为该优化的多层电介质平板发射器的发射率随波长和天顶角的分布云图，由图示可知该结构在λ＝8.0～11.0微米宽波段范围的发射率均具有显著的方向选择性：在大天顶角θ＝75°～85°范围内其发射率较大，而在小天顶角θ＝0～30°范围内的发射率较小。图3(b)给出了波长λ＝8.0，9.0，10.0以及11.0微米处的发射率随发射天顶角分布，由图示可知本发明设计的多层电介质薄膜结构的发射率具有显著的方向选择性。
本发明涉及一种在宽波带范围内具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构。以单一电介质薄膜结构的发射率在特定波段范围内具有明显的方向选择性为基础，设计了多种电介质材料的多层薄膜结构，以获得在宽波段范围内具有显著方向选择性发射率的发射器，为宽波带方向选择性发射器结构设计和应用提供参考依据。
本系统适用于红外隐身等广泛领域。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构，其特征在于：包括基底（1）、反射层（2）及发射层（6），基底（1）上电镀反射层（2），反射层（2）上电镀发射层（6），发射层（6）由三层电介质薄膜构成，三层电介质薄膜由下到上依次为电介质平板SiO2（3）、电介质平板SiO（4）和电介质平板Al2O3（5）；所述发射层（6）三层电介质薄膜的厚度均为0.1~1.0微米。
2.根据权利要求1所述的具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构，其特征在于：所述基底（1）材料为单晶硅。
3.根据权利要求1所述的具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构，其特征在于：所述反射层（2）材料为银，反射层（2）厚度大于0.1微米。
4.根据权利要求1所述的具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构，其特征在于：所述发射层（6）中电介质平板SiO2（3）厚度为0.1微米。
5.根据权利要求1所述的具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构，其特征在于：所述发射层（6）中电介质平板SiO（4）厚度为0.1微米。
6.根据权利要求1所述的具有显著方向选择性发射率的多层薄膜结构，其特征在于：所述发射层（6）中电介质平板Al2O3（5）厚度为0.3微米。
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