CN116855897A - 一种基于结构色的迷彩隐身蒙皮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于结构色的迷彩隐身蒙皮，包括从下到上依次设置的基底层、第一反射层、中间介质层、第二反射层和顶层保护层，第一反射层的材料选自Al、Ag或Au中的一种，本发明还提供了基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法，与现有技术相比，本发明制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮性能稳定，耐辐射，使用寿命长，颜色定制化能力强，可定制多种颜色，同时，本发明迷彩蒙皮制备原料易得，制备方法简单，不仅能实现批量化制备，而且绿色环保、无污染。
Description
技术领域
本发明属于隐身技术领域，具体涉及一种基于结构色的迷彩隐身蒙皮及其制备方法。
背景技术
迷彩是一种常见的伪装手段，主要用于军事和狩猎。迷彩的主要作用是作为人造的保护色降低自身可见性，防止被敌人或猎物发现，从而失去先机或危及自身安全。一种迷彩其构成分为两种要素：图案/色块形状(线条)及颜色(配色)；通过图案(色块)来分割破坏目标物轮廓，通过颜色来融入背景降低识别度(保护色)；一切的迷彩都是在这两者的组合变换上得出来的结果。目前常见的迷彩服采用合成化学纤维制成，通过在色彩染料中掺进了特殊的化学物质，使迷彩服的红外光反射能力与周围景物的反射能力大体相似，因而具有了一定的伪装效果。然而这种采用颜料等化学色素制备的隐身蒙皮在长期光照下，会出现褪色等现象，耐用性差。这是因为化学色是由于物体表面化学组分对特定波长的光吸收而形成的颜色。这种颜色的稳定性取决于化学组分的稳定性，如染料和照片等时间久了会褪色，木材在阳光下久了木质素也会分解褪色，这些都是由于化学色的分解造成的。与之相对应的，还有物理色，也叫结构色，指的是物体表面有序的微观结构引起光的折射、漫反射、衍射或干涉而产生的颜色。光盘、一些蝴蝶、甲壳虫以及肥皂泡表面的彩色纹理都是结构色。通过控制材料表面微观结构可以实现让材料显现出各种与其本体颜色完全不同的颜色。
与常见化学色素相比，结构色的显色机理使其呈现出独树一帜的神奇特性，主要表现在以下几个方面：1、色彩丰富。结构色可通过控制其材料属性及表面结构实现对特定波长的选择，不同的材料、不同的结构配置便可组合出不计其数的结构色类型，因此可根据需求，实现对色彩的任意定制；2、颜色可控。不同于色素色“上色即定型”的特点，结构色中的微纳结构在光、电、力、磁、热的外界激励下会因发生形变等而改性，使光波得以被调控；此外，某些结构色还存在偏振敏感、对入射光角度敏感等特性，通过对偏振态或入射光角度的控制，可实现对颜色的可调可控；3、物理化学性能稳定。在长期阳光照射等情况下，色素色会出现掉色、褪色等情况，然而结构色的结构特点使其自身具备耐腐蚀、耐辐射等特性，能够应对较为恶劣的外界环境；4、绿色环保、清洁无污染。有些化学色素中存在刺激性气味，对环境及人体损害极大，甚至存在致癌物质。结构色的物理属性决定了其清洁无污染的特性，并且其制备通常采用物理方法，比如电子束蒸镀、磁控溅射等，摈弃了利用染缸、喷墨打印等传统印刷方式。
多份报道显示，目前常见的可见光隐身蒙皮多采用染料涂装等形成伪装色，通过与自然环境色彩相似的迷彩图案达到隐身效果，然而其耐用性差，耐辐射能力弱，长期阳光照射下会褪色。因此，如何设计耐用性好的迷彩隐身蒙皮成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种视场范围大、色域宽、柔性好且易于大面积批量化制备的基于结构色的迷彩隐身蒙皮。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案：一种基于结构色的迷彩隐身蒙皮，包括从下到上依次设置的基底层、第一反射层、中间介质层、第二反射层和顶层保护层，所述第一反射层的材料选自Al、Ag或Au中的一种。
本发明基于珐珀(Fabry-Perot,FP)共振机理，设计FP型多层膜结构色，具备对入射光角度不敏感、理化特性稳定，可通过改变膜层配置实现对颜色的多色彩定制。
作为优选，所述基底层的材料为铝箔纸或PET薄膜等。
作为优选，所述中间介质层的材料为硅或锗等。中间介质层3的厚度决定了波谷的位置，即颜色色调，同时本发明中间介质层3采用上述高折射率材料，可使得结构具有较薄的膜层配置，而超薄的结构配置使得非对称超薄型结构色在宽视场范围内颜色及光谱性能几乎不发生变化。
作为优选，所述第二反射层的材料选自Al、Ag或Au中的一种。本发明第二反射层的材料可选用在可见光波段的吸收较小且反射率高的金属材料。
作为优选，所述顶层保护层的材质为SiO2或Al2O3等。本发明第二反射层的材料是半透明的，允许入射光入射到中间介质层中，并产生FP共振，同时第二反射层的膜厚决定了反射波谷的高低，即颜色亮度。
本发明的另一个目的在于提供一种基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
S1.将基底清洗烘干后放入电子束蒸发镀膜机真空腔室中，然后将真空室的真空度抽至＜3.0x10-3Pa，再用充满氩气的离子源清洗基底；
S2.根据实际需求设计膜系，确定各层镀膜材料及各膜层厚度；
S3.根据步骤S2设计的膜系，在步骤S1得到的基底上镀制第一反射层；
S4.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S3得到的第一反射层上蒸镀中间介质层；
S5.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S4得到的中间介质层上蒸镀第二反射层；
S6.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S5得到的第二反射层上蒸镀顶层保护层，得到基于结构色的迷彩隐身蒙皮。
作为优选，所述步骤S3中，成膜速率为≤0.3nm/s。
作为优选，所述步骤S4中，成膜速率为≤0.2nm/s。
作为优选，所述步骤S5中，成膜速率为≤0.2nm/s。
作为优选，所述步骤S6中，成膜速率为≤0.2nm/s。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮性能稳定，耐辐射，使用寿命长，颜色定制化能力强，可定制多种颜色，同时，本发明迷彩蒙皮制备原料易得，制备方法简单，不仅能实现批量化制备，而且绿色环保、无污染。
附图说明
图1为本发明基于结构色的迷彩隐身蒙皮的结构示意图；
图2为本发明基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备流程图；
图3为本发明基于结构色的迷彩隐身蒙皮的光谱曲线及颜色效果图；
图4为本发明基于结构色的迷彩隐身蒙皮的效果图；
图5为本发明实施例1制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的光谱曲线图；
图6为本发明实施例1制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的角度不敏感示意图；
图7为本发明基于结构色的迷彩隐身蒙皮的应用效果图。
附图标记说明：
图中，1、基底层；2、第一反射层；3、中间介质层；4、第二反射层；5、顶层保护层。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
如图1所示，本发明提供一种基于结构色的迷彩隐身蒙皮，包括从下到上依次设置的基底层1、第一反射层2、中间介质层3、第二反射层4和顶层保护层5，第一反射层2的材料选自Al、Ag或Au中的一种。本发明基于FP共振机理，设计FP型多层膜结构色，具备对入射光角度不敏感、理化特性稳定，可通过改变膜层配置实现对颜色的多色彩定制。
在具体实施方式中，基底层1的材料为铝箔纸或PET薄膜。
在具体实施方式中，中间介质层3的材料为硅或锗。中间介质层3的厚度决定了波谷的位置，即颜色色调，同时本发明中间介质层3采用上述高折射率材料，可使得结构具有较薄的膜层配置，而超薄的结构配置使得非对称超薄型结构色在宽视场范围内颜色及光谱性能几乎不发生变化。
在具体实施方式中，第二反射层4的材料选自Al、Ag或Au中的一种。本发明第二反射层4的材料可选用在可见光波段的吸收较小且反射率高的金属材料。本发明第二反射层4的材料是半透明的，允许入射光入射到中间介质层3中，并产生FP共振，同时第二反射层4的厚度决定了反射波谷的高低，即颜色亮度。
在具体实施方式中，顶层保护层5的材质为SiO2或Al2O3等。
本发明的另一个目的在于提供一种基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法，具体包括如下步骤：
S1.将基底清洗烘干后放入电子束蒸发镀膜机真空腔室中，然后将真空室的真空度抽至＜3.0x10-3Pa，再用充满氩气的离子源清洗基底；
S2.根据实际需求设计膜系，确定各层镀膜材料及各膜层厚度；
S3.根据步骤S2设计的膜系，在步骤S1得到的基底层1上镀制第一反射层2；
S4.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S3得到的第一反射层2上蒸镀中间介质层3；
S5.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S4得到的中间介质层3上蒸镀第二反射层4；
S6.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S5得到的第二反射层4上蒸镀顶层保护层5得到基于结构色的迷彩隐身蒙皮。
在具体实施方式中，步骤S3中，成膜速率为0.3nm/s。
在具体实施方式中，步骤S4中，成膜速率为0.2nm/s。
在具体实施方式中，步骤S5中，成膜速率为0.2nm/s。
在具体实施方式中，步骤S6中，成膜速率为0.2nm/s。
基于FP共振效应，本发明提出利用高折射率有损介质材料作为FP腔材料，设计了上述结构色系统，它是一种由底层反射镜/高折射率中间介质层3/顶层半透半反镜结构组成的非对称超薄FP腔。在结构设计中，顶层半透半反镜4是半透明的，允许入射光入射到中间介质层3中，并产生FP共振。其中，顶层半透半反镜4的厚度决定了反射波谷的高低，即颜色亮度；中间介质层3的厚度决定了波谷的位置，即颜色色调。底层反射镜膜及基底足够厚，可阻止入射光透过。中间介质层3的高折射率可使得结构具有较薄的膜层配置，超薄的结构配置使得非对称超薄型结构色在宽视场范围内颜色及光谱性能几乎不发生变化。
以下结合具体实施例对本发明的技术效果进行说明。
实施例1
本实施例基于结构色的迷彩隐身蒙皮的膜层配置如下：以柔性铝箔纸为基底，膜层结构为Al/Si/Ag/SiO2，本实施例基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法如图3所示，具体如下：
S1.将基底清洗烘干后放入电子束蒸发镀膜机真空腔室中，然后将真空室的真空度抽至＜3.0x10-3Pa，再用充满氩气的离子源清洗基底；
S2.根据实际需求设计膜系，确定各层镀膜材料及各膜层厚度，本实施例中各层镀膜材料及膜层厚度为：200nmAl/20～60nmSi/15nmAg/10nmSiO2；
S3.根据步骤S2设计的膜系，在步骤S1得到的基底层1上镀制第一反射层2，成膜速率为0.3nm/s；
S4.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S3得到的第一反射层2上蒸镀中间介质层3，成膜速率为0.2nm/s；
S5.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S4得到的中间介质层3上蒸镀第二反射层4，成膜速率为0.2nm/s；
S6.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S5得到的第二反射层4上蒸镀顶层保护层5得到基于结构色的迷彩隐身蒙皮，成膜速率为0.2nm/s。
将制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮进行性能检测，检测结果如图5和图6所示，其中图5为本实施例制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的光谱曲线图，图6为本实施例制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的角度不敏感示意图。
图7为将本发明实施例1制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的应用效果图。如图7所示，根据迷彩图案切割划分成多种不同形状，得到需要的迷彩蒙皮。
从上述结果可以看出，本发明制得的基于结构色的迷彩隐身蒙皮性能稳定，耐辐射，使用寿命长，颜色定制化能力强，可定制多种颜色，同时，本发明迷彩蒙皮制备原料易得，制备方法简单，不仅能实现批量化制备，而且绿色环保、无污染。
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于结构色的迷彩隐身蒙皮，其特征在于，包括从下到上依次设置的基底层(1)、第一反射层(2)、中间介质层(3)、第二反射层(4)和顶层保护层(5)，所述第一反射层(2)的材料选自Al、Ag或Au中的一种。
2.如权利要求1所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮，其特征在于，所述基底层(1)的材料为铝箔纸或PET薄膜。
3.如权利要求1所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮，其特征在于，所述中间介质层(3)的材料为硅或锗。
4.如权利要求1所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮，其特征在于，所述第二反射层(4)的材料选自Al、Ag或Au中的一种。
5.如权利要求1所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮，其特征在于，所述顶层保护层(5)的材质为SiO2或Al2O3。
6.一种如权利要求1-5任一所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
S1.将基底清洗烘干后放入电子束蒸发镀膜机真空腔室中，然后将真空室的真空度抽至＜3.0x10-3Pa，再用充满氩气的离子源清洗基底；
S2.根据实际需求设计膜系，确定各层镀膜材料及各膜层厚度；
S3.根据步骤S2设计的膜系，在步骤S1得到的基底上镀制第一反射层(2)；
S4.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S3得到的第一反射层(2)上蒸镀中间介质层(3)；
S5.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S4得到的第一反射层(2)上蒸镀第二反射层(4)；
S6.利用电子束蒸发镀膜机在步骤S5得到的第二反射层(4)上蒸镀顶层保护层(5)得到基于结构色的迷彩隐身蒙皮。
7.如权利要求6所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，成膜速率为≤0.3nm/s。
8.如权利要求6所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，成膜速率为≤0.2nm/s。
9.如权利要求6所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，成膜速率为≤0.2nm/s。
10.如权利要求6所述的基于结构色的迷彩隐身蒙皮的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，成膜速率为≤0.2nm/s。
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