CN115200410B - 一种红外辐射动态可重构器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种红外辐射动态可重构器件及其制备方法，它属于红外辐射动态调控领域。本发明要解决红外辐射调控器件的红外特征无法随环境变化而变化的问题。红外辐射动态可重构器件，它自下而上依次由基底层和掺杂VO2层组成。制备方法：一、模板制备；二、掺杂VO2层图案制备。本发明用于红外辐射动态可重构器件及其制备。

Description

一种红外辐射动态可重构器件及其制备方法
技术领域
本发明属于红外辐射动态调控领域。
背景技术
传统红外辐射调控器件的红外发射率固定，因此其红外辐射特征固定，只满足特定环境下特定红外辐射特性的需求，当环境变化时，对器件红外辐射特性需求也将发生改变，传统红外辐射调控器件的辐射特性与需求失配，造成红外辐射调控功能失效。因此，亟需开发出可随环境变化而实时改变其红外辐射特征的材料与器件，使其应用于动态热成像、红外通讯、自适应热伪装等领域。
发明内容
本发明要解决红外辐射调控器件的红外特征无法随环境变化而变化的问题，而提供一种红外辐射动态调控领域及其制备方法。
一种红外辐射动态可重构器件，它自下而上依次由基底层和掺杂VO2层组成；掺杂VO2层是由一个或一个以上图案化掺杂的VO2单元组成；所述的图案化掺杂的VO2单元中掺杂元素的掺杂浓度为k，k＝0％～5％；
当掺杂VO2层为一层时，掺杂VO2层的厚度为50nm～1000nm；
当掺杂VO2层为一层以上时，与基底层贴合的掺杂VO2层的厚度为200nm～1000nm，未与基底层贴合的掺杂VO2层的厚度均为50nm～1000nm。
一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、模板制备：
使用激光切割技术对多个不锈钢片进行图案化处理，将图案对应区域镂空，得到模板；
二、掺杂VO2层图案制备：
①、以掺杂的V靶作为靶材，在基底表面覆盖模板并使用压片固定，然后进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；设掺杂的V靶中掺杂元素的掺杂浓度为k，k＝0％～5％；
②、更换模板及掺杂的V靶，重复步骤二①直至得到红外辐射动态可重构器件。
本发明的有益效果是：
本发明基于VO2的热致发射率可动态调谐特性，针对可随环境改变而动态改变热辐射特性的热示假需求，通过模板协助磁控溅射的方式实现在同一基底不同水平维度上沉积不同掺杂元素及不同掺杂浓度的图案化VO2薄膜，最终首次实现设计制备了基于VO2的红外辐射动态可重构器件，以掺杂W和Cr为例，低温下，利用VO2在红外波段的高透过性能，使镀有VO2的图案部分的发射率与未镀VO2的部分发射率保持基本一致，辐射能量大致相同，图案隐藏在基底的红外图像中。温度升高时，随着W掺杂浓度的降低，不同W掺杂浓度的VO2依次发生相变，无掺杂的VO2相变后，随着Cr掺杂浓度的提升，不同Cr掺杂浓度的VO2再依次发生相变，图案的发射率由于VO2相变后的类金属特性发生改变，因此与未镀VO2区域辐射能量产生较大差异，图案在红外探测下依次显形；在降温时过程刚好相反，实现动态可重构的热伪装效果。更重要的是，利用叠层法制备区域存在重叠的掺杂VO2薄膜，相比于直接在SiO2、HfO2、Al2O3等基底上直接沉积制备掺杂得VO2薄膜，叠层法制备VO2薄膜可近似类比于VO2薄膜得外延生长，且需考虑叠层VO2沉积过程中磁控溅射仓体内部氧流量环境对下层VO2的氧化作用，其制备参数与直接在基底上沉积VO2有所区别，因此，探究了叠层法制备VO2可重构热模拟器件时独有的制备参数体系，在热模拟伪装实际效果上，叠层法也有效降低了更多演化级数可重构变换的器件所需面积，提升了器件实用性。具体如下：
(1)本发明采取模板法与高能脉冲磁控溅射工艺相结合的方式实现器件制备，成本低廉，稳定性极强，不需要其他动态可重构器件超表面的复杂制备工艺和繁琐的超表面结构基元设计模拟过程，具有简单、高效、时间周期短的优点，成本低廉；
(2)本发明理论上可实现多步动态调控控制，通过沉积不同元素及不同掺杂浓度的VO2薄膜，红外发射率调控值极大，可实现级数精准控制，发射率调控范围超过0.5；
(3)本发明利用叠层VO2结构实现了可重构演变时对器件体积的大幅缩减，层叠VO2区域完全相变后红外特征不受影响，赋予器件出色的温度敏感性。
本发明用于一种红外辐射动态可重构器件及其制备方法。
附图说明
图1为实施例一红外辐射动态可重构器件的制备流程图；
图2为实施例一制备的红外辐射动态可重构器件相变后不同温度下的红外图像，a为70℃，b为60℃，c为50℃；
图3为实施例二制备的红外辐射动态可重构器件在温度为100℃下加热不同时间的实际红外图像动态演化，a为加热0s，b为加热1s，c为加热2s，d为加热3s，e为加热4s；
图4为对比实验VO2/SiO2结构随VO2层厚度变化的中红外反射光谱图，(a)为VO2相变前，(b)为VO2相变后。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种红外辐射动态可重构器件，它自下而上依次由基底层和掺杂VO2层组成；掺杂VO2层是由一个或一个以上图案化掺杂的VO2单元组成；所述的图案化掺杂的VO2单元中掺杂元素的掺杂浓度为k，k＝0％～5％；
当掺杂VO2层为一层时，掺杂VO2层的厚度为50nm～1000nm；
当掺杂VO2层为一层以上时，与基底层贴合的掺杂VO2层的厚度为200nm～1000nm，未与基底层贴合的掺杂VO2层的厚度均为50nm～1000nm。
本具体实施方式当掺杂VO2层为一层时，一个以上图案化掺杂的VO2单元之间不存在区域重叠；当掺杂VO2层为一层以上时，不同层中图案化掺杂的VO2单元之间存在区域重叠。
VO2是一种热致变色材料，在中红外波段，其可以从低温(<68℃)的高透过发生相变至高温下(>68℃)的高反射态，非常适用于红外辐射动态调控器件，且其相变温度可以通过元素掺杂动态调节其相变温度升高或降低。将其应用于制备一种红外辐射动态可重构器件，满足红外成像、自适应热伪装等应用的实际需求，创新性强，极具研究与应用价值。
本具体实施方式根据实际需求的器件动态演变次数设计不同层数的掺杂VO2层。
本具体实施方式通过低温和高温下VO2的热致相变伴随发射率变化、掺杂对VO2薄膜相变温度的降低及升高作用，借助模板实现VO2图案化制备；由于VO2相变前在中红外高透过，因此其相变前与基底辐射能量一致，图案在红外探测下不显示；相变后其展现高反射态，发射率降低，红外辐射能量降低，因此图案辐射能量比基底小得多，暴露在红外探测器(红外热成像仪)下，实现示假功能。以掺杂W和Cr为例，由于不同W掺杂浓度VO2相变温度不同，W掺杂浓度高的VO2薄膜相变温度低，先发生相变，由其制备的图案先暴露，温度继续升高，W掺杂浓度低的VO2图案开始显形，然后无掺杂的VO2发生相变，最后随着Cr掺杂浓度的提升，不同Cr掺杂浓度的VO2薄膜再依次发生相变，降温过程则刚好相反。因此，可实现多级动态可重构的热成像图案控制，最终满足红外辐射动态可重构器件的设计与制备。同时，为克服在多级演变过程中存在的空间限制问题，利用VO2厚度与其发射率变化规律(VO2层厚度达到200nm以上后，继续增加厚度，其相变前后发射率变化较小，在红外热像仪观测下基本无法分辨，保证叠层法制备的器件的伪装效果)，提出将不同掺杂VO2层以堆叠的方式连续沉积在基底上的叠层法，在保证不影响器件可重构热欺骗性能的前提下大幅降低了器件所需面积，实现高效、小体积的VO2可重构热伪装。
本实施方式的有益效果是：
本实施方式基于VO2的热致发射率可动态调谐特性，针对可随环境改变而动态改变热辐射特性的热示假需求，通过模板协助磁控溅射的方式实现在同一基底不同水平维度上沉积不同掺杂元素及不同掺杂浓度的图案化VO2薄膜，最终首次实现设计制备了基于VO2的红外辐射动态可重构器件，以掺杂W和Cr为例，低温下，利用VO2在红外波段的高透过性能，使镀有VO2的图案部分的发射率与未镀VO2的部分发射率保持基本一致，辐射能量大致相同，图案隐藏在基底的红外图像中。温度升高时，随着W掺杂浓度的降低，不同W掺杂浓度的VO2依次发生相变，无掺杂的VO2相变后，随着Cr掺杂浓度的提升，不同Cr掺杂浓度的VO2再依次发生相变，图案的发射率由于VO2相变后的类金属特性发生改变，因此与未镀VO2区域辐射能量产生较大差异，图案在红外探测下依次显形；在降温时过程刚好相反，实现动态可重构的热伪装效果。更重要的是，利用叠层法制备区域存在重叠的掺杂VO2薄膜，相比于直接在SiO2、HfO2、Al2O3等基底上直接沉积制备掺杂得VO2薄膜，叠层法制备VO2薄膜可近似类比于VO2薄膜得外延生长，且需考虑叠层VO2沉积过程中磁控溅射仓体内部氧流量环境对下层VO2的氧化作用，其制备参数与直接在基底上沉积VO2有所区别，因此，探究了叠层法制备VO2可重构热模拟器件时独有的制备参数体系，在热模拟伪装实际效果上，叠层法也有效降低了更多演化级数可重构变换的器件所需面积，提升了器件实用性。具体如下：
(1)本实施方式采取模板法与高能脉冲磁控溅射工艺相结合的方式实现器件制备，成本低廉，稳定性极强，不需要其他动态可重构器件超表面的复杂制备工艺和繁琐的超表面结构基元设计模拟过程，具有简单、高效、时间周期短的优点，成本低廉；
(2)本实施方式理论上可实现多步动态调控控制，通过沉积不同元素及不同掺杂浓度的VO2薄膜，红外发射率调控值极大，可实现级数精准控制，发射率调控范围超过0.5；
(3)本实施方式利用叠层VO2结构实现了可重构演变时对器件体积的大幅缩减，层叠VO2区域完全相变后红外特征不受影响，赋予器件出色的温度敏感性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的基底层为HfO2、Al、铁、钢、Mg、Ti、Al2O3、Au、SiO2、BaF2、MgF2、Cr、Ge、CuCrO2、In2O3、ZrO2、TiO2、C或石墨烯。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的基底层的厚度为0.1mm～5mm，基底尺寸为5×5mm2～1000×1000mm2。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述的掺杂VO2层的相变温度范围为110℃～-15℃。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：图案化掺杂的VO2单元中的掺杂元素为W、Cr、H、Li、F、Ba、Zr、Ti、Si、Sr、Be、K、Ca或Mg。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、模板制备：
使用激光切割技术对多个不锈钢片进行图案化处理，将图案对应区域镂空，得到模板；
二、掺杂VO2层图案制备：
①、以掺杂的V靶作为靶材，在基底表面覆盖模板并使用压片固定，然后进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；设掺杂的V靶中掺杂元素的掺杂浓度为k，k＝0％～5％；
②、更换模板及掺杂的V靶，重复步骤二①直至得到红外辐射动态可重构器件。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤二①中当掺杂VO2层为一层，所述的掺杂的V靶为W掺杂的V靶时，步骤二进行高能脉冲磁控溅射，具体是按以下步骤进行：在溅射频率为100Hz～1000Hz、周期为1000μs～10000μs、氧气流量为1.6sccm～2.5sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为200W～250W的条件下进行；步骤二①中当掺杂VO2层为一层，所述的掺杂的V靶为Cr掺杂的V靶时，步骤二进行高能脉冲磁控溅射，具体是按以下步骤进行：在溅射频率为100Hz～1000Hz、周期为1000μs～10000μs、氧气流量为1.7sccm～2.7sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为220W～320W的条件下进行。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一不同的是：步骤二①中当掺杂VO2层为一层以上，所述的掺杂的V靶为W掺杂的V靶时，步骤二利用叠层法进行高能脉冲磁控溅射，具体是按以下步骤进行：在溅射频率为100Hz～1000Hz、周期为1000μs～10000μs、氧气流量为1.57sccm～2.47sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为190W～240W的条件下进行；步骤二①中当掺杂VO2层为一层以上，所述的掺杂的V靶为Cr掺杂的V靶时，步骤二利用叠层法进行高能脉冲磁控溅射，具体是按以下步骤进行：在溅射频率为100Hz～1000Hz、周期为1000μs～10000μs、氧气流量为1.65sccm～2.7sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为220W～350W的条件下进行。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤一中所述的基底层为HfO2、Al、铁、钢、Mg、Ti、Al2O3、Au、SiO2、BaF2、MgF2、Cr、Ge、CuCrO2、In2O3、ZrO2、TiO2、C或石墨烯；所述的基底层的厚度为0.1mm～5mm，基底尺寸为5×5mm2～1000×1000mm2。其它与具体实施方式六至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤一中所述的掺杂的V靶中掺杂元素为W、Cr、H、Li、F、Ba、Zr、Ti、Si、Sr、Be、K、Ca或Mg。其它与具体实施方式六至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一，结合图1具体说明：
一种红外辐射动态可重构器件，它自下而上依次由基底层和一层W掺杂VO2层组成；W掺杂VO2层是由3个图案化W掺杂的VO2单元组成，设图案化W掺杂的VO2单元中W占W与V的总原子数为W的掺杂浓度k；且3个图案化W掺杂的VO2单元中W的掺杂浓度k分别为0％、0.5％及1％；
W掺杂VO2层的厚度为200nm；
所述的基底层为SiO2；
所述的基底层的厚度为1mm，基底尺寸为25×25mm2。
上述一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、模板制备：
使用激光切割技术对多个不锈钢片进行不同图案化处理，将图案对应区域镂空，得到模板；
二、W掺杂VO2层图案制备：
①、以W掺杂的V靶作为靶材，在基底表面覆盖模板并使用压片固定，然后在溅射频率为400Hz、周期为5000μs、氧气流量为1.6sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为200W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；所述的W掺杂的V靶中W掺杂浓度为0％；
②、更换模板及W掺杂浓度为0.5％的V靶，在溅射频率为400Hz、周期为5000μs、氧气流量为1.7sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为200W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；
③、更换模板及W掺杂浓度为1％的V靶，在溅射频率为400Hz、周期为5000μs、氧气流量为1.9sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为210W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，得到红外辐射动态可重构器件。
本实施例中3个图案化W掺杂的VO2单元之间不存在区域重叠。
图1为实施例一红外辐射动态可重构器件的制备流程图；
图2为实施例一制备的红外辐射动态可重构器件相变后不同温度下的红外图像，a为70℃，b为60℃，c为50℃；
对实施例一制备的红外辐射动态可重构器件进行从低温0℃到高温80℃的宽温度范围的红外热成像测试和傅里叶变换红外光谱测试，W掺杂浓度为0％的图案化W掺杂的VO2单元发射率由0℃下的0.81变化至80℃的0.29，变化值0.52，相变温度65℃，W掺杂浓度为0.5％的图案化W掺杂的VO2单元发射率由0℃下的0.81变化至80℃的0.30，变化值0.51，相变温度53℃，W掺杂浓度为1％的图案化W掺杂的VO2单元发射率变化由0℃下的0.80变化至80℃下的0.29，变化值0.51，相变温度46℃。
实施例二：
一种红外辐射动态可重构器件，它自下而上依次由基底层和两层W掺杂VO2层组成；单层W掺杂VO2层是由一个图案化W掺杂的VO2单元组成；设图案化W掺杂的VO2单元中W占W与V的总原子数为W的掺杂浓度k；与基底层贴合的W掺杂VO2层的厚度为200nm，W的掺杂浓度k＝1％；未与基底层贴合的W掺杂VO2层的厚度为300nm，W的掺杂浓度k＝2％；
所述的基底层为SiO2；
所述的基底层的厚度为0.15mm，基底尺寸为50×50mm2。
上述一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、模板制备：
使用激光切割技术对多个不锈钢片进行不同图案化处理，将图案对应区域镂空，得到模板；
二、W掺杂VO2层图案制备：
①、以W掺杂的V靶作为靶材，在基底表面覆盖模板并使用压片固定，在溅射频率为400Hz、周期为5000μs、氧气流量为1.9sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为210W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；所述的W掺杂的V靶中W掺杂浓度为1％；
②、更换模板及W掺杂浓度为2％的V靶，在溅射频率为400Hz、周期为5000μs、氧气流量为2.0sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为190W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，得到红外辐射动态可重构器件。
本实施例中不同层中图案化W掺杂的VO2单元之间存在区域重叠。
图3为实施例二制备的红外辐射动态可重构器件在温度为100℃下加热不同时间的实际红外图像动态演化，a为加热0s，b为加热1s，c为加热2s，d为加热3s，e为加热4s；
对实施例二制备的红外辐射动态可重构器件进行从低温0℃到高温60℃的宽温度范围的红外热成像测试和傅里叶变换红外光谱测试，W的掺杂浓度1％的图案化W掺杂的VO2单元发射率由0℃下的0.79变化至60℃下的0.29，变化值0.5，相变温度45℃，W的掺杂浓度2％的图案化W掺杂的VO2单元发射率变化由0℃下的0.77变化至60℃下的0.25，变化值0.52，相变温度22℃。
对比实验：本实施方式与实施例一不同的是：器件自下而上依次由基底层和一层VO2层组成，得到VO2/SiO2结构。其它与实施例一相同。
图4为对比实验VO2/SiO2结构随VO2层厚度变化的中红外反射光谱图，(a)为VO2相变前，(b)为VO2相变后；由图可知，VO2层厚度达到200nm以上后，继续增加厚度，其相变前后发射率变化较小，在红外热像仪观测下基本无法分辨，VO2相变前呈红外高透明态，VO2/SiO2由于SiO2基底的高发射特性展现出较低的反射率，VO2厚度超过400nm后结构反射率有小幅下降，而VO2相变后，结构的反射光谱在VO2厚度超过100nm后开始急剧升高，200nm～300nm后反射率接近极大值，继续升高VO2厚度结构反射率增加并不明显。因此，在使用叠层法制备VO2可重构热模拟器件时，将最底层VO2层厚度设置超过200nm后，继续沉积不同W掺杂浓度的VO2薄膜并不影响结构整体在VO2相变前后的发射率变化值，保证叠层法制备的器件的伪装效果。
实施例三：
一种红外辐射动态可重构器件，它自下而上依次由基底层、一层Cr掺杂VO2层和一层W掺杂VO2层组成；Cr掺杂VO2层是由一个图案化Cr掺杂的VO2单元组成，W掺杂VO2层是由一个图案化W掺杂的VO2单元组成；设Cr掺杂VO2层中Cr占Cr与V的总原子数为Cr的掺杂浓度k1，设W掺杂VO2层中W占W与V的总原子数为W的掺杂浓度k2；与基底层贴合的Cr掺杂VO2层的厚度为200nm，Cr的掺杂浓度k1＝3％；未与基底层贴合的W掺杂VO2层的厚度为200nm，W的掺杂浓度k2＝2％；
所述的基底层为SiO2；
所述的基底层的厚度为1mm，基底尺寸为100×100mm2。
上述一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、模板制备：
使用激光切割技术对多个不锈钢片进行不同图案化处理，将图案对应区域镂空，得到模板；
二、Cr掺杂和W掺杂VO2层图案制备：
①、以Cr掺杂的V靶作为靶材，在基底表面覆盖模板并使用压片固定，在溅射频率为400Hz、周期为5000μs、氧气流量为2.0sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为225W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；所述的Cr掺杂的V靶中Cr掺杂浓度为3％；
②、更换模板及W掺杂浓度为2％的V靶，在溅射频率为400Hz、周期为5000μs、氧气流量为2.0sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为190W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，得到红外辐射动态可重构器件。
本实施例中不同层中图案化Cr掺杂的VO2单元和图案化W掺杂的VO2单元之间存在区域重叠。
对实施例三制备的红外辐射动态可重构器件进行从低温0℃到高温120℃的宽温度范围的红外热成像测试和傅里叶变换红外光谱测试，Cr的掺杂浓度3％的图案化Cr掺杂的VO2单元发射率由0℃下的0.81变化至120℃下的0.31，变化值0.5，相变温度96℃，W的掺杂浓度2％的图案化W掺杂的VO2单元发射率变化由0℃下的0.78变化至60℃下的0.25，变化值0.53，相变温度22℃。
实施例四：
一种红外辐射动态可重构器件，它自下而上依次由基底层、一层Cr掺杂VO2层、一层Mg掺杂VO2层和一层W掺杂VO2层组成；且Cr掺杂VO2层是由一个图案化Cr掺杂的VO2单元组成，Mg掺杂VO2层是由一个图案化Mg掺杂的VO2单元组成，W掺杂VO2层是由一个图案化W掺杂的VO2单元组成；设Cr掺杂VO2层中Cr占Cr与V的总原子数为Cr的掺杂浓度k1，设Mg掺杂VO2层中Mg占Mg与V的总原子数为Mg的掺杂浓度k2，设W掺杂VO2层中W占W与V的总原子数为W的掺杂浓度k3；与基底层贴合的Cr掺杂VO2层的厚度为200nm，Cr的掺杂浓度k1＝2％；Mg掺杂VO2层的厚度为150nm，Mg的掺杂浓度k2＝1％；W掺杂VO2层的厚度为100nm，W的掺杂浓度k3＝2.5％；
所述的基底层为SiO2；
所述的基底层的厚度为1mm，基底尺寸为100×100mm2。
上述一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，它是按以下步骤进行的：
一、模板制备：
使用激光切割技术对多个不锈钢片进行不同图案化处理，将图案对应区域镂空，得到模板；
二、掺杂VO2层图案制备：
①、以Cr掺杂的V靶作为靶材，在基底表面覆盖模板并使用压片固定，然后在溅射频率为400Hz、周期为5000μs、氧气流量为1.9sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为220W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；所述的Cr掺杂的V靶中Cr掺杂浓度为2％；
②、更换模板及Mg掺杂浓度为1％的V靶，在溅射频率为400Hz、周期为8000μs、氧气流量为1.75sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为190W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；
③、更换模板及W掺杂浓度为2.5％的V靶，在溅射频率为400Hz、周期为2500μs、氧气流量为2.05sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为215W的条件下，进行高能脉冲磁控溅射，得到红外辐射动态可重构器件。
本实施例中不同层中图案化掺杂的VO2单元之间存在区域重叠。
对实施例四制备的红外辐射动态可重构器件进行从低温0℃到高温120℃的宽温度范围的红外热成像测试和傅里叶变换红外光谱测试，Cr的掺杂浓度2％的图案化Cr掺杂的VO2单元发射率由0℃下的0.81变化至120℃下的0.31，变化值0.5，相变温度85℃；Mg的掺杂浓度1％的图案化Mg掺杂的VO2单元发射率变化由0℃下的0.81变化至80℃下的0.32，变化值0.49，相变温度61℃；W的掺杂浓度2.5％的图案化W掺杂的VO2单元发射率变化由0℃下的0.77变化至60℃下的0.27，变化值0.5，相变温度18℃。

Claims (7)

1.一种红外辐射动态可重构器件，其特征在于它自下而上依次由基底层和掺杂VO2层组成；掺杂VO2层是由一个或一个以上图案化掺杂的VO2单元组成；所述的图案化掺杂的VO2单元中掺杂元素的掺杂浓度为k，k＝0％～5％；
当掺杂VO2层为一层时，掺杂VO2层的厚度为50nm～1000nm；
当掺杂VO2层为一层以上时，与基底层贴合的掺杂VO2层的厚度为200nm～1000nm，未与基底层贴合的掺杂VO2层的厚度均为50nm～1000nm；
同一基底不同水平维度上沉积不同掺杂元素及不同掺杂浓度的图案化VO2薄膜；当掺杂VO2层为一层以上，掺杂的V靶为W掺杂的V靶时，利用叠层法进行高能脉冲磁控溅射，具体是按以下步骤进行：在溅射频率为100Hz～1000Hz、周期为1000μs～10000μs、氧气流量为1.57sccm～2.47sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为190W～240W的条件下进行；当掺杂VO2层为一层以上，掺杂的V靶为Cr掺杂的V靶时，利用叠层法进行高能脉冲磁控溅射，具体是按以下步骤进行：在溅射频率为100Hz～1000Hz、周期为1000μs～10000μs、氧气流量为1.65sccm～2.7sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为220W～350W的条件下进行。
2.根据权利要求1所述的一种红外辐射动态可重构器件，其特征在于所述的基底层为HfO2、Al、铁、钢、Mg、Ti、Al2O3、Au、SiO2、BaF2、MgF2、Cr、Ge、CuCrO2、In2O3、ZrO2、TiO2、C或石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种红外辐射动态可重构器件，其特征在于所述的基底层的厚度为0.1mm～5mm，基底尺寸为5×5mm2～1000×1000mm2。
4.根据权利要求1所述的一种红外辐射动态可重构器件，其特征在于所述的掺杂VO2层的相变温度范围为110℃～-15℃。
5.如权利要求1所述的一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：
一、模板制备：
使用激光切割技术对多个不锈钢片进行图案化处理，将图案对应区域镂空，得到模板；
二、掺杂VO2层图案制备：
①、以掺杂的V靶作为靶材，在基底表面覆盖模板并使用压片固定，然后进行高能脉冲磁控溅射，沉积后取出基底；设掺杂的V靶中掺杂元素的掺杂浓度为k，k＝0％～5％；
②、更换模板及掺杂的V靶，重复步骤二①直至得到红外辐射动态可重构器件。
6.根据权利要求5所述的一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，其特征在于步骤二①中当掺杂VO2层为一层，所述的掺杂的V靶为W掺杂的V靶时，步骤二进行高能脉冲磁控溅射，具体是按以下步骤进行：在溅射频率为100Hz～1000Hz、周期为1000μs～10000μs、氧气流量为1.6sccm～2.5sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为200W～250W的条件下进行；步骤二①中当掺杂VO2层为一层，所述的掺杂的V靶为Cr掺杂的V靶时，步骤二进行高能脉冲磁控溅射，具体是按以下步骤进行：在溅射频率为100Hz～1000Hz、周期为1000μs～10000μs、氧气流量为1.7sccm～2.7sccm、氩气流量为81sccm及电源平均功率为220W～320W的条件下进行。
7.根据权利要求5所述的一种红外辐射动态可重构器件的制备方法，其特征在于步骤一中所述的基底层为HfO2、Al、铁、钢、Mg、Ti、Al2O3、Au、SiO2、BaF2、MgF2、Cr、Ge、CuCrO2、In2O3、ZrO2、TiO2、C或石墨烯；所述的基底层的厚度为0.1mm～5mm，基底尺寸为5×5mm2～1000×1000mm2。
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