CN118210089A - 一种多光谱伪装装置及制造方法 - Google Patents
一种多光谱伪装装置及制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118210089A CN118210089A CN202410316377.1A CN202410316377A CN118210089A CN 118210089 A CN118210089 A CN 118210089A CN 202410316377 A CN202410316377 A CN 202410316377A CN 118210089 A CN118210089 A CN 118210089A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ito
- camouflage
- zns
- layer
- pet substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 17
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims description 17
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 17
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 17
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 6
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 81
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 26
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 4
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/003—Light absorbing elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0623—Sulfides, selenides or tellurides
- C23C14/0629—Sulfides, selenides or tellurides of zinc, cadmium or mercury
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
- H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Abstract
本发明提供了一种多光谱伪装装置及制造方法,属于多光谱伪装技术领域。多光谱伪装装置包括:顶部红外波段伪装层,包括顶层PET衬底及形成于顶层PET衬底上的ITO/ZnS层叠膜,所述ITO/ZnS层叠膜由周期间隔的若干ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,且所述ITO/ZnS层叠膜分割成方形单元阵列;中间阻抗匹配层;及底部微波段伪装层,包括底层PET衬底及形成于底层PET衬底上的ITO膜,且所述ITO膜具有Koch分形结构。本发明多光谱伪装装置具备较好的光学透明性、曲面共形及辐射散热特性,能够满足多种波段伪装效果,包括可见光、激光、红外及微波波段,具备极强的实际应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及多光谱伪装技术领域,尤其涉及一种多光谱伪装装置及制造方法。
背景技术
在自然界中,许多动物都运用伪装来保护自己,它们通过模仿自然界中的色彩、形状和纹理等特征,使自身融入环境中,从而避免被侵略者发现和攻击。在现代军事应用和安全防御中,伪装同样发挥着重要的作用。军事上的伪装可以使军事目标在战场上隐蔽起来,减少被敌方侦查和攻击的风险,同时,伪装还可以用于保护军事设施、装备和人员,提高作战效果和生存能力。随着先进探测技术的不断发展和融合,传统的单波段伪装方法已经难以满足当前的应用要求,单波段伪装方法只能在特定的光谱范围内起效,容易被先进的侦查设备和技术所突破,比如,视觉隐身主要依赖于色彩和形状的伪装,而红外隐身则是通过减少热辐射来降低被探测的概率,因此,为了应对多光谱探测技术的挑战,兼容多光谱伪装策略已成为当前的发展方向。
兼容多光谱伪装的目的是为了在不同的探测波段上隐藏目标的特征,从而综合考虑所有探测波段的伪装原理。不同的探测波段对于伪装的要求和原理也有所不同。如何在不同的伪装原理中寻找平衡,以满足不同的伪装需求,进而达到最佳的伪装效果,已成为行业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有实际应用前景的、高性能、功能化多光谱伪装装置及制造方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术手段:
本发明的第一方面提供一种多光谱伪装装置,包括:
顶部红外波段伪装层,包括顶层PET衬底及形成于顶层PET衬底上的ITO/ZnS层叠膜,所述ITO/ZnS层叠膜由周期间隔的若干ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,且所述ITO/ZnS层叠膜分割成方形单元阵列,每个方形单元的边长a满足:140微米<a<1000微米,相邻方形单元的间距b满足:0<b<10微米;
中间由PDMS构成的微波段阻抗匹配层;及
底部微波段伪装层,包括底层PET衬底及形成于底层PET衬底上的ITO膜,且所述ITO膜具有Koch分形结构。
作为进一步的改进,所述ITO/ZnS层叠膜由周期间隔的5层ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,其中,所述ITO膜设有3层,所述ZnS膜设有2层。
作为进一步的改进,5层所述ITO膜和ZnS膜分别为t1、t2、t3、t4和t5,t1的厚度为0.2~1.0微米;t2的厚度为0.5~1.2微米;t3的厚度为0.01~0.025微米;t4的厚度为0.01~0.025微米;t5的厚度为0.005~0.015微米。
作为进一步的改进,所述顶层PET衬底及底层PET衬底的厚度为0.05~0.175毫米。
作为进一步的改进,所述中间阻抗匹配层的PDMS厚度为2.5~3.5毫米;
所述具有Koch分形结构的ITO膜的厚度为0.2~0.3微米。
作为进一步的改进,所述底部微波段伪装层还包括底层PDMS层。
作为进一步的改进,所述底层PDMS层的厚度为3.5~4.5毫米。
本发明的第二方面提供一种多光谱伪装装置的制造方法,包括以下步骤:
步骤一、制作顶部红外波段伪装层:在顶层PET衬底上涂胶,经过曝光、显影后,在其表面形成方形单元阵列生长框;再在顶层PET衬底上间隔形成若干层ITO膜和ZnS膜,其中,ITO膜和ZnS膜均通过磁控溅射工艺制作;最后,将样品浸泡于丙酮溶液来去除残胶;
步骤二、制作底部微波段伪装层:在底层PET衬底上通过磁控溅射工艺沉积ITO薄膜,再对ITO薄膜进行激光刻蚀以形成Koch分形结构;
步骤三、将顶部红外波段伪装层和底部微波段伪装层贴合至中间阻抗匹配层的两侧;
其中,步骤一和步骤二可同时制作或先后制作。
作为进一步的改进,所述Koch分形结构为初始形态为等边三角形的二级分形结构。
作为进一步的改进,所述步骤二还包括将成形的PET衬底贴合于底层PDMS层以完成底部微波段伪装层制作;
磁控溅射形成ITO膜的工艺参数为:靶材In2O3:SnO2=90:10纯度99.99%,30sccm的氩气环境,磁控功率150~250W,工作气压0.6~0.8pa,样品台温度100℃,样品台转速15r/min;
磁控溅射形成ZnS膜的工艺参数:靶材ZnS纯度99.99%,20sccm的氩气环境,磁控功率80~140W,工作气压0.5~0.7pa,样品台温度100℃,样品台转速15r/min。
相比于现有技术,本发明带来以下技术效果:
本发明的多光谱伪装装置包括顶部红外波段伪装层、中间阻抗匹配层及底部微波段伪装层,顶部红外波段伪装层包括ITO/ZnS层叠膜,该ITO/ZnS层叠膜由周期间隔的若干ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,且所述ITO/ZnS层叠膜分割成方形单元阵列,每个方形单元的边长a满足:140微米<a<1000微米,相邻方形单元的间距b满足:0<b<10微米;ITO/ZnS层叠膜在激光(1.05、1.55μm)和非大气窗口(5-8μm)波段具有较高的吸光度,同时在中长波红外区域(3-5μm、8-14μm)具有较低的发射率;加上对ITO/ZnS层叠膜进行特定尺寸(即比红外波长大得多,比微波波长小得多)周期性分割,满足该尺寸要求可以在实现微波透明的同时,保证红外伪装性能;中间阻抗匹配层的作用为实现介质与自由空间的阻抗匹配,以此减少微波在吸收层界面处的散射,提高微波波段(2-18GHz)吸收性能;底部微波段伪装层包括具有Koch分形结构的ITO膜,可以有效的拓宽吸收带宽,且其自身的高度对称性可以引入极化不敏感特性,实现广角吸收;综合上述结构设置,结合本发明所用的材料均具有较好的柔性,使得本发明多光谱伪装装置具备较好的光学透明性、曲面共形及辐射散热特性,能够满足多种波段伪装效果,包括可见光、激光、红外及微波波段,具备极强的实际应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明多光谱伪装装置的结构示意图(对顶部红外波段伪装层进行了分解,同时对中间阻抗匹配层进行了透视,以便能看清底部微波段伪装层的结构);
图2示出了顶部红外波段伪装层的剖视图;
图3示出了底部微波段伪装层的立体图;
图4示出了本发明的多光谱伪装装置在不同波长电磁波下的吸收率、反射率情况;
图5示出了不同红外光波长下沿Z方向在ITO/ZnS层叠膜上的归一化电场及损耗Q分布;
图6示出了5.42GHz和12.5GHz两个峰值频率处的表面电流、磁场、电场、ITO表面能量损耗以及介质基底能量损耗分布图;
图7示出了发明的多光谱伪装装置在0~60°TE、TM极化角度范围内的微波吸收性能。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
实施例
请查阅图1至图3,本实施例提供一种多光谱伪装装置100,其是层状膜结构,具体包括顶部红外波段伪装层110、中间阻抗匹配层120及底部微波段伪装层130。三个结构层分别具有不同的伪装效果,具体内容如下。
顶部红外波段伪装层110包括顶层PET衬底111及形成于顶层PET衬底111上的ITO/ZnS层叠膜112,所述ITO/ZnS层叠膜112由周期间隔的若干ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,例如在本实施例中,ITO/ZnS层叠膜112由5层ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,具体是3层ITO膜夹着2层ZnS膜。且ITO/ZnS层叠膜112分割成方形单元阵列,每个方形单元的边长a满足:140微米<a<1000微米,相邻方形单元的间距b满足:0<b<10微米。顶部红外波段伪装层110的作用是实现对激光和红外的隐身伪装,具体工作原理为:ITO/ZnS层叠膜112在激光(1.05、1.55μm)和非大气窗口(5-8μm)波段具有较高的吸光度,同时在中长波红外区域(3-5μm、8-14μm)具有较低的发射率。另,本实施例对ITO/ZnS层叠膜112进行特定尺寸周期性分割,即比红外波长(1~14μm)大得多、比微波波长(16.7~150mm)小得多的尺寸分割,满足该尺寸要求可以在实现微波透明的同时,保证红外伪装性能。
对于红外波段伪装,其主要原理是降低隐藏目标单位面积的辐射通量以避免红外探测器获取红外信号。而Stefan-Boltzmann定律表面明热辐射的强度与物体表面发射率及温度的四次方成正比,因此降低隐藏目标表面发射率及自身温度是实现红外伪装的有效手段。然而仅使用低发射率材料会严重阻碍隐藏目标的热量耗散,导致其温度升高进而降低红外伪装性能。然而红外探测器为了获得更为可靠的红外辐射数据,其红外探测波段通常选择在大气窗口(3~5、8~14μm等大气对红外辐射的吸收和散射较小的波段)内进行,因此只在非大气窗口(5~8μm)实现高的发射率既可以有效防止红外探测器对红外信号的获取又可以通过该波段辐射散热降低隐藏目标温度,提升红外波段伪装效率。但目前能够同时满足可见光、激光、红外、微波及非大气窗口辐射冷却的多光谱伪装装置微纳结构都比较复杂且与微波段伪装兼容较差,难以满足实际应用的需求。本发明红外波段伪装层仅需在光刻好的方形阵列中将优化好厚度参数的ITO/ZnS简单层叠(5层),既能满足具备非大气窗口热辐射的红外波段伪装的同时,其又能够实现微波段完全透明(由于方形阵列的尺寸范围远小于微波段的对应的最小波长),保证微波段伪装的效果不受干扰,很好的解决了上述问题。
具体在本实施例中,5层ITO膜和ZnS膜分别为t1、t2、t3、t4和t5,t1的厚度为0.2~1.0微米;t2的厚度为0.5~1.2微米;t3的厚度为0.01~0.025微米;t4的厚度为0.01~0.025微米;t5的厚度为0.005~0.015微米。顶层PET衬底111的厚度为0.05~0.175毫米。
中间阻抗匹配层120由于材料本身具有较低介电常数的特性,具备阻抗匹配能力,能够减少微波在吸收层界面处的散射,提高微波波段(2-18GHz)吸收性能。具体在本实施例中,该中间阻抗匹配层120的厚度为2.5~3.5毫米。
底部微波段伪装层130包括底层PET衬底131及形成于底层PET衬底131上的ITO膜132,且该ITO膜132具有Koch分形结构,该分形结构可以有效的拓宽吸收带宽,且其自身的高度对称性可以引入极化不敏感特性。根据该底部微波段伪装层130在3D电磁仿真软件CST中电场、磁场、表面电流以及能量损耗分布分析,其微波吸收主要归因于ITO膜132制备Koch分形结构对电磁波的频率选择共振以及ITO材料上的欧姆损耗。因此,底部微波段伪装层130的作用是实现对微波的隐身伪装。具体的,该具有Koch分形结构的ITO膜132的厚度为0.2~0.3微米;底层PET衬底131的厚度为0.05~0.175毫米。
本实施例中的Koch分形结构为以一个等边三角形为初始几何形状、经过两次Koch分形后得到的雪花状结构。具体在本实施例中,每个Koch分形结构的单元边长c=10mm,初始等边三角形的边长d=8mm,两次分形后的雪花状结构的宽度t=0.9mm。经过仿真试验检验,该Koch二级分形结构对4.5-18GHz微波波段具有高效吸收性能及极化不敏感,从而保证其伪装性能。
由于底层PET衬底131本身厚度较薄,而底部微波段伪装层130需要具备一定的厚度,因此,在一个优选的方案中,底部微波段伪装层130还包括底层PDMS层133,该底层PDMS层133贴合在底层PET衬底131的底侧。该底层PET衬底131和底层PDMS层133一起作为介质基底也提供了一定的介电损耗性能,可进一步地提高底部微波段伪装层130对于微波的吸收率。具体的,底层PDMS层133的厚度为3.5~4.5毫米。
对于激光及微波波段伪装,其原理是尽可能地吸收或散射入射探测电磁波实现低回波反射,从而达到伪装目的。本发明制备的红外波段伪装装置可以实现1.06及1.55μm两个近红外波段激光波段的伪装(反射率<20%)。对于微波段伪装层,我们设计了具有极化不敏感且可迭代Koch分形结构,并通过分形迭代有效增强了共振频率处的微波吸收强度,然后通过增加微波阻抗匹配层的方式拓展了其吸收带宽,最终实现了4.4~18GHz频率范围内的宽带吸收(吸收率均>90%)。同时得益于红外波段伪装层阵列化设计,很好的实现了红外与微波伪装兼容。
本实施例还提供一种多光谱伪装装置100的制造方法,包括以下步骤:
步骤一、制作顶部红外波段伪装层110:在顶层PET衬底111上涂胶,经过曝光、显影后,在其表面形成方形单元阵列生长框;再在顶层PET衬底111上间隔形成若干层ITO膜和ZnS膜,其中,ITO膜和ZnS膜通过磁控溅射工艺制作;最后,将样品浸泡于丙酮溶液来去除残胶。
方形单元阵列生长框其本质是一个框架,框架的中部用于形成方形单元阵列。上述涂胶、曝光、显影的工序,属于成熟的半导体工艺制程,对于其使用的设备、参数条件等,本实施例不再赘述。
通过磁控溅射工艺来形成ITO膜和ZnS膜,也属于工业上常规方法,例如制造ITO膜一个实施例中,靶材In2O3:SnO2=90:10纯度99.99%,30sccm的氩气环境,磁控功率150~250W,工作气压0.6~0.8pa,样品台温度100℃,样品台转速15r/min;制造ZnS膜一个实施例中,靶材ZnS纯度99.99%,20sccm的氩气环境,磁控功率80~140W,工作气压0.5~0.7pa,样品台温度100℃,样品台转速15r/min。磁控溅射的其它注意事项,本实施例对此不做过多赘述。
通过电子束蒸发镀膜工艺制作ZnS膜,也属于工业上的常规方法。其中,对于每一层ZnS膜的厚度,可通过膜厚仪来进行控制。
需要说明的是,涂胶的厚度大于最终形成的ITO/ZnS层叠膜112的厚度。例如,5层间隔层叠的ITO膜和ZnS膜的总厚度是0.1毫米,则涂胶厚度大于0.1毫米,形成的生长框的总高度也是大于0.1毫米。
光刻胶溶于丙酮溶液,但不与ITO膜及ZnS膜发生反应,因此,生长框会被丙酮溶液全部溶解,最后在顶层PET衬底111上留下ITO/ZnS层叠膜112的方形单元阵列。该方形单元阵列的边长a,以及方形单元之间的距离b,是在光刻胶曝光和显影过程中便已经设定好的。例如,a=300微米、b=5微米。
步骤二、制作底部微波段伪装层130:在底层PET衬底131上通过磁控溅射工艺沉积ITO薄膜,再对ITO薄膜进行激光刻蚀以形成Koch分形结构。
如上所述,在衬底上通过磁控溅射工艺沉积ITO薄膜,这属于现有悉知技术,因而不再赘述。另外,通过激光蚀刻工艺对ITO薄膜进行减材操作也属于工业上的悉知技术。
本实施例中的Koch分形结构为以一个等边三角形为初始几何形状、经过两次Koch分形后得到的雪花状结构。具体在本实施例中,每个Koch分形结构的单元边长c=10mm,初始等边三角形的边长d=8mm,两次分形后的雪花状结构的宽度t=0.9mm。
进一步地,将成形的PET衬底131贴合于底层PDMS层133,从而完成底部微波段伪装层130制作。
步骤三、将顶部红外波段伪装层110和底部微波段伪装层130贴合至中间阻抗匹配层120PDMS的两侧。
其中,顶部红外波段伪装层110的顶层PET衬底111贴合中间阻抗匹配层120一侧,底部微波段伪装层130中具有Koch分形结构的ITO膜132贴合中间阻抗匹配层120的另一侧。
上述方法中,步骤一和步骤二可同时制作或先后制作。
相比于现有技术,本发明带来以下技术效果:
本发明的多光谱伪装装置100包括顶部红外波段伪装层110、中间阻抗匹配层120及底部微波段伪装层130,顶部红外波段伪装层110包括ITO/ZnS层叠膜112,该ITO/ZnS层叠膜112由周期间隔的若干ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,且所述ITO/ZnS层叠膜112分割成方形单元阵列,每个方形单元的边长a满足:140微米<a<1000微米,相邻方形单元的间距b满足:0<b<10微米;ITO/ZnS层叠膜112在激光(1.05、1.55μm)和非大气窗口(5-8μm)波段具有较高的吸光度,同时在中长波红外区域(3-5μm、8-14μm)具有较低的发射率;加上对ITO/ZnS层叠膜112进行特定尺寸(即比红外波长大得多,比微波波长小得多)周期性分割,满足该尺寸要求可以在实现微波透明的同时,保证红外伪装性能;中间阻抗匹配层120的作用为阻抗匹配层,目的是减少微波在吸收层界面处的散射,提高微波波段(2-18GHz)吸收性能;底部微波段伪装层130包括具有Koch分形结构的ITO膜132,可以有效的拓宽吸收带宽,且其自身的高度对称性可以引入极化不敏感特性,增强其广角吸收能力。
目前能够同时满足可见、激光、红外、微波波段的多光谱伪装装置均是基于刚性基底设计与制备,而刚性多光谱伪装装置很难实现表面共形,不能很好的贴敷于隐藏目标表面,因此极大限制了其在实际场景中的应用前景。本发明通过上述结构设置,采用了PET/PDMS等柔性基底材料,并且探索了在柔性衬底上制备工艺参数,使得本发明多光谱伪装装置100具备较好的可见光波段光学透明性和曲面共形特性,能够满足可见光波段伪装及功能化实际应用需求。本发明通过结构尺寸设计,结合特定材料选择,满足光学透明、辐射散热及曲面共形等功能化的综合考量,而不是各种波段伪装材料的简单叠加,从而整体实现多光谱伪装功能。
请参阅图4,其示出了本发明的多光谱伪装装置100在不同波长电磁波下的吸收率、反射率情况。
图4-a:表明本发明的多光谱伪装装置100在380~780nm的透射率大于60%;
图4-b、c:表明本发明的多光谱伪装装置100在1.06μm和1.55μm的反射率小于0.2~0.3;
图4-d:表明本发明的多光谱伪装装置100在3-5μm、8-14μm波段的低红外发射率:3-5μm平均约0.2,8-14μm平均约0.4;以及5-8μm高红外发射率平均>0.7;
图4-e:表明本发明的多光谱伪装装置100在在4.4–18GHz的宽带中超过90%的高吸收效率。
综上,本发明的多光谱伪装装置100具有技术简单、成本低、柔性共形、全光谱伪装等优点,极大地解决了当前多光谱伪装面临的问题。
请查阅图5,其展示了不同红外光波长下沿Z方向在ITO/ZnS层叠膜上的归一化电场及损耗Q分布。可以看到1.06μm波长下的电场强度在入射界面处无明显衰减且在各ITO层的损耗相对较弱,因此该结构在1.06μm波长处的低反射率主要归因于对该波长的光较高的透过性以及各ITO层较弱的电阻损耗。1.55μm波长下的电场强度分布与1.06μm波长处类似,但与此同时,我们可以看到各ITO层上的损耗明显增强,因此较强的电阻损耗以及相对高的透过率实现了结构在1.55μm波长下的低反射率。4μm波长下的电场强度在入射界面有明显的衰减,意味着在该界面处具有较强的反射,且可以看到各ITO层处没有明显的能量损耗,这说该波长的光大部分在结构界面处以及发生反射或散射,这也是3~5μm波长范围低发射率的主要原因。6μm波长下的电场强度在入射界面处几乎无衰减,表面结构与自由空间在该波段具有较好的阻抗匹配性能,该波长下的光能够很好的进入结构内部,且在各ITO层实现高的电阻损耗,这便是5~8μm波长范围能够实现高发射率的主要原因。11μm波长下的电场分布情况与4μm波长类似,但是其在结构界面处的衰减相对较小,这意味着该波长的光结构表面的发射或散射不够强,ITO层相对较高的损耗也佐证了部分光进入了结构内部,这是8~14μm波长范围内具有相对较低的发射率但略高于5~8μm波长范围发射率的主要原因。
请参阅图6,图6是5.42GHz和12.5GHz两个峰值频率处的表面电流、磁场、电场、ITO表面能量损耗以及介质基底能量损耗分布图。在低频处的表面电流分布于Koch分形以及底部ITO底板(该底部ITO底板指的是本发明将要用于贴附的物体表面,比如金属背板等)上并形成如图黑色箭头所示的顺时针电环,该电环激发了Koch分形以及底部ITO底板间介质上强的磁场分布。同样在高频处的表面电流主要分布于Koch分形上,其激发了Koch分形上匹配层介质上的强磁场分布。由于匹配层的存在,提升了底部微波段伪装层130整体与自由空间的阻抗匹配程度,减少了电磁波在Koch分形表面处的反射与散射。可以看到电场分布与Koch分形上的表面能量损耗及介质基底(底层PET衬底131和底层PDMS层133)的能量损耗分布一致,底部微波段伪装层130对于电磁波能量损耗主要归因于由ITO制备Koch分形结构上的电阻损耗以及附近介质基底上被激发的介电损耗。
请参阅图7,图7展示了该伪装装置在0~60°角度范围内的微波吸收性能,可以看到该装置可以在该角度范围内TE、TM极化下均保持原吸收带宽80%以上的吸收率,表明了该装置良好极化不敏感特性,具备出色的广角吸收能力。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种多光谱伪装装置,其特征在于,包括
顶部红外波段伪装层,包括顶层PET衬底及形成于顶层PET衬底上的ITO/ZnS层叠膜,所述ITO/ZnS层叠膜由周期间隔的若干ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,且所述ITO/ZnS层叠膜分割成方形单元阵列,每个方形单元的边长a满足:140微米<a<1000微米,相邻方形单元的间距b满足:0<b<10微米;
中间由PDMS构成的微波段阻抗匹配层;及
底部微波段伪装层,包括底层PET衬底及形成于底层PET衬底上的ITO膜,且所述ITO膜具有Koch分形结构。
2.如权利要求1所述的多光谱伪装装置,其特征在于,所述ITO/ZnS层叠膜由周期间隔的5层ITO膜和ZnS膜层叠在一起形成,其中,所述ITO膜设有3层,所述ZnS膜设有2层。
3.如权利要求2所述的多光谱伪装装置,其特征在于,所述5层ITO膜和ZnS膜分别为t1、t2、t3、t4和t5,t1的厚度为0.2~1.0微米;t2的厚度为0.5~1.2微米;t3的厚度为0.01~0.025微米;t4的厚度为0.01~0.025微米;t5的厚度为0.005~0.015微米。
4.如权利要求3所述的多光谱伪装装置,其特征在于,所述顶层PET衬底及底层PET衬底的厚度为0.05~0.175毫米。
5.如权利要求4所述的多光谱伪装装置,其特征在于,所述中间阻抗匹配层的厚度为2.5~3.5毫米;
所述具有Koch分形结构的ITO膜的厚度为0.2~0.3微米。
6.如权利要求1所述的多光谱伪装装置,其特征在于,所述底部微波段伪装层还包括底层PDMS层。
7.如权利要求6所述的多光谱伪装装置,其特征在于,所述底层PDMS层的厚度为3.5~4.5毫米。
8.一种多光谱伪装装置的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、制作顶部红外波段伪装层:在顶层PET衬底上涂胶,经过曝光、显影后,在其表面形成方形单元阵列生长框;再在顶层PET衬底上间隔形成若干层ITO膜和ZnS膜,其中,ITO膜和ZnS膜均通过磁控溅射工艺制作;最后,将样品浸泡于丙酮溶液来去除残胶;
步骤二、制作底部微波段伪装层:在底层PET衬底上通过磁控溅射工艺沉积ITO薄膜,再对ITO薄膜进行激光刻蚀以形成Koch分形结构;
步骤三、将顶部红外波段伪装层和底部微波段伪装层贴合至中间阻抗匹配层的两侧;
其中,步骤一和步骤二可同时制作或先后制作。
9.如权利要求8所述的多光谱伪装装置的制作方法,其特征在于,所述Koch分形结构为初始形态为等边三角形的二级分形结构。
10.如权利要求8所述的多光谱伪装装置的制作方法,其特征在于,所述步骤二还包括将成形的PET衬底贴合于底层PDMS层以完成底部微波段伪装层制作;
磁控溅射形成ITO膜的工艺参数为:靶材In2O3:SnO2=90:10纯度99.99%,30sccm的氩气环境,磁控功率150~250W,工作气压0.6~0.8pa,样品台温度100℃,样品台转速15r/min;
磁控溅射形成ZnS膜的工艺参数:靶材ZnS纯度99.99%,20sccm的氩气环境,磁控功率80~140W,工作气压0.5~0.7pa,样品台温度100℃,样品台转速15r/min。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410316377.1A CN118210089A (zh) | 2024-03-20 | 2024-03-20 | 一种多光谱伪装装置及制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410316377.1A CN118210089A (zh) | 2024-03-20 | 2024-03-20 | 一种多光谱伪装装置及制造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN118210089A true CN118210089A (zh) | 2024-06-18 |
Family
ID=91453841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202410316377.1A Pending CN118210089A (zh) | 2024-03-20 | 2024-03-20 | 一种多光谱伪装装置及制造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN118210089A (zh) |
-
2024
- 2024-03-20 CN CN202410316377.1A patent/CN118210089A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111367000B (zh) | 一种同时实现激光低反射、红外低辐射与微波高吸收的层状结构 | |
CN112622391B (zh) | 一种光学透明超宽带雷达与红外双隐身结构 | |
JP3243789B2 (ja) | 電波吸収性パネル | |
CN110703370B (zh) | 一种多波段兼容散热功能性红外隐身材料 | |
CN110737035A (zh) | 一种选择性红外辐射与雷达吸波兼容的隐身材料及其制备方法 | |
CN107765450A (zh) | 基于超材料的宽带太赫兹线极化波非对称传输器件 | |
Sarto et al. | Nanotechnology of transparent metals for radio frequency electromagnetic shielding | |
KR102532609B1 (ko) | 메타표면을 포함하는 전자기파 흡수체 | |
CN113666645A (zh) | 一种具有隔音隔热功能的红外和雷达兼容隐身视窗玻璃 | |
KR102232193B1 (ko) | 낙뢰 보호 성능을 갖는 전자기파 흡수체 및 이의 제조 방법 | |
CN114243310A (zh) | 一种光学透明宽带高吸波率吸波体 | |
CN117559141A (zh) | 一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体及其制备方法 | |
WO2022044958A1 (ja) | 電波吸収体 | |
US11563128B2 (en) | Optically transparent electromagnetically shielding element comprising a plurality of zones | |
CN118210089A (zh) | 一种多光谱伪装装置及制造方法 | |
CN115077302B (zh) | 一种基于超材料的雷达隐身套件 | |
CN115954681A (zh) | 一种可透光超宽带吸波结构 | |
CN113690626B (zh) | 一种大角度的宽带超材料吸波结构及其设计方法 | |
CN110707422A (zh) | 一种双曲超材料平面天线 | |
JP2017181911A (ja) | 電波透過性赤外線反射積層体および閉鎖部材 | |
CN113224543B (zh) | 一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面 | |
CN113540812A (zh) | 一种s、c和x波段柔性透明电磁混淆超材料隐身装置 | |
JPH11150393A (ja) | 透明電波吸収体およびその作製方法 | |
CN117117519B (zh) | 一种基于混合介质和异构单元的宽带光学透明反射阵天线及其制备方法 | |
CN113056182B (zh) | 一种基于石墨烯和透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸波器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |