基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為：由①變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料
本專利技術(shù)涉及一種基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，涉及多波段兼容隱身

技術(shù)介紹
現(xiàn)代戰(zhàn)場上的精確制導(dǎo)和偵察技術(shù)已經(jīng)日益多樣化，現(xiàn)代化戰(zhàn)爭已不能否認(rèn)“目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)即意味著會摧毀”的事實。隱身技術(shù)是躲避摧毀與達成突襲的重要手段，可以分為雷達隱身、紅外隱身、激光隱身、可見光隱身等形式。現(xiàn)有隱身技術(shù)大都存在功能單一、頻段兼容不夠?qū)挕討B(tài)可調(diào)可控性差等局限性，無法同時應(yīng)對多種手段的聯(lián)合探測，也無法適應(yīng)跨時空的背景變化。目前，歐美國家逐步已在一定程度上實現(xiàn)雷達、紅外以及可見光的多頻譜兼容隱身，但智能偽裝的工程化應(yīng)用卻未見報道。中國研究起步較晚，多頻譜兼容隱身技術(shù)也還沒有得到很好的實裝應(yīng)用。當(dāng)前靜態(tài)偽裝技術(shù)在特定的戰(zhàn)場背景環(huán)境下能起到較好的隱藏偽裝效果，卻無法在裝備機動過程中適應(yīng)差異的多域復(fù)雜背景變化。因此傳統(tǒng)隱身技術(shù)已逐漸不能滿足未來戰(zhàn)場動態(tài)偽裝需求，智能偽裝技術(shù)與多頻譜兼容偽裝技術(shù)都迫切的亟待協(xié)同發(fā)展。當(dāng)前智能變色偽裝技術(shù)的基礎(chǔ)性關(guān)鍵研究主要集中于電致變色、光致變色、熱致變色等功能材料領(lǐng)域，但還存在與其他隱身波段兼容性差、變色功能單一等困境。現(xiàn)在多頻譜兼容隱身技術(shù)研究范疇的難點之一就是無法解決紅外隱身與激光隱身的兼容性。被動式紅外探測器的工作波段利用短波1～2.5μm、中波3～5μm和長波8～14μm三個紅外大氣窗口波段，通常期望對熱紅外光波具備高反射率，減小紅外熱吸收，實現(xiàn)紅外低發(fā)射率而達到較好紅外隱身效果。然而，激光探測器是一種主動有源式探測，工作波段也處于紅外波段的1.06μm或10.6μm，卻恰恰需要最大程度的降低隱身材料對激光的反射率，避免信號返回被接收到可探測特征。這是至今隱身材料研究領(lǐng)域一直想克服卻難以實現(xiàn)的矛盾體，增大了隱身目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)概率的隱患。光子晶體是一類在光學(xué)尺度上人工設(shè)計與制造的周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，屬于超構(gòu)材料，具備光子禁帶與光子局域等特性。與半導(dǎo)體的電子波函數(shù)調(diào)制相類似，原則上可以通過設(shè)計光子晶體及其器件，達到控制光波在結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳播狀態(tài)，進而控制光子晶體材料對不同光波段的吸收、反射、透過等情況，已相繼提出了光子晶體光纖、光子晶體微波天線、光子晶體波導(dǎo)等全新光子學(xué)器件。通過設(shè)計新型光子晶體結(jié)構(gòu)，可以期待為多波段兼容型光學(xué)偽裝技術(shù)提供一定的解決思路。綜上所述，隱身技術(shù)逐步向多頻譜兼容隱身與自適應(yīng)隱身兩個新方向發(fā)展，然而傳統(tǒng)隱身技術(shù)及其材料在面對這兩個新需求卻都顯得舉步難行。因此，采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計、多功能材料復(fù)合等方式開發(fā)具備可見光、紅外與激光兼容型智能偽裝功能的特殊人造結(jié)構(gòu)材料，具有非常重要的工程實用價值。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)提供了一種基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料。本專利技術(shù)通過設(shè)計特殊的人造光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料器件，并采用氣體與液體來調(diào)控人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的光子晶體的禁帶與局域特性，使其適應(yīng)所處的背景環(huán)境，進而改變目標(biāo)的可見光色澤特性、紅外與激光反射特性，同時兼具可見光、紅外、激光的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝功能。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為：由①變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]n，與②紅外與激光兼容偽裝的調(diào)控膜層結(jié)構(gòu)[CD]mD[CD]m或/和③紅外偽裝調(diào)控膜層結(jié)構(gòu)[EF]i組合構(gòu)成；其中，B、C、D、F為固態(tài)材料層，固態(tài)材料選自ZnS、ZnSe、GaAs、PbTe、Al2O3、SiO2、TiO2、Si、Si3N4、MgF2、PbF2等光學(xué)薄膜材料；A、E為空氣層；所述空氣層可填充有不同折射率的氣體或/和液體，從而具有調(diào)控結(jié)構(gòu)變色與紅外反射的特性；膜層排列系數(shù)n、m、i代表周期性交替排列的次數(shù)，n、i取值2～6的整數(shù)，m取值2。所述變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]n為空氣層A與固態(tài)材料層B交替構(gòu)成的層狀柵格結(jié)構(gòu)(同理，[CD]mD[CD]m為C與D交替構(gòu)成的層狀柵格結(jié)構(gòu)，[EF]i為E與F交替構(gòu)成的層狀柵格結(jié)構(gòu))；空氣層A的厚度dA取80～180nm，固態(tài)材料層B的厚度dB取50～120nm；固態(tài)材料B的折射率為nB，單周期AB兩膜層的厚度關(guān)系存在200nm≤dA+nBdB≤300nm，厚度的單位為nm(下同)。進一步地，所述基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料的異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)包括以下情形：(1)異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為B[AB]n[CD]mD[CD]m，若C、D兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nC、nD，C、D兩膜層厚度分別為dC、dD，則存在以下關(guān)系：其一，當(dāng)存在關(guān)系為nCdC≈nDdD≈2650nm，且nCdC+nDdD＝5300nm時，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)變色與10.6μm激光、8～14μm遠紅外的兼容型智能偽裝功能；其二，當(dāng)存在關(guān)系為nCdC≈nDdD≈265nm，且nCdC+nDdD＝530nm時，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)變色與1.06μm激光、1～2.5μm近紅外的兼容型智能偽裝功能。(2)異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為B[AB]n[EF]i，若E、F兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nE、nF，EF兩膜層厚度分別為dE、dF，則存在關(guān)系：nEdE+nFdF＝λ/2，λ在3～5μm、10～12μm范圍內(nèi)取值，此時，可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)變色與不同紅外波段區(qū)間的兼容型智能偽裝功能。(3)異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為B[AB]n[CD]mD[CD]m[EF]i或B[AB]n[EF]i[CD]mD[CD]m，其中，若C、D兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nC、nD，CD兩膜層厚度分別為dC、dD，則存在以下關(guān)系：其一，nCdC≈nDdD≈2650nm，且nCdC+nDdD＝5300nm；其二，nCdC≈nDdD≈265nm，且nCdC+nDdD＝530nm。若E、F兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nE、nF，EF兩膜層厚度分別為dE、dF，則存在關(guān)系：nEdE+nFdF＝λ/2，λ在3～5μm、10～12μm范圍內(nèi)取值。此時，膜系結(jié)構(gòu)能兼具上述(1)與(2)的雙重功能，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)變色與1.06μm或10.6μm激光、紅外多波段的兼容型智能偽裝功能。(4)異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為B[AB]n[C1D1]mD1[C2D2]m[EF]i[C2D2]jD2[C2D2]j，其中，j取值亦為≥2的整數(shù)；若C1、D1兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nC1、nD1，C1D1兩膜層厚度分別為dC1、dD1，則存在以下關(guān)系：①nC1dC1≈nD1dD1≈2650nm，且nC1dC1+nD1dD1＝5300nm；或：②nC1dC1≈nD1dD1≈265nm，且nC1dC1+nD1dD1＝530nm；若E、F兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nE、nF，EF兩膜層厚度分別為dE、dF，則存在關(guān)系：nEdE+nFdF＝λ/2，λ在3～5μm、10～12μm范圍內(nèi)取值；若C2、D2兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nC2、nD2，C2D2兩膜層厚度分別為dC2、dD2，則存在以下關(guān)系：②nC2dC2≈nD2dD2≈2650nm，且nC2dC2+nD2dD2＝5300nm；或：②nC本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其特征在于：其異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為：由①變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其特征在于：其異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為：由①變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]n，與②紅外與激光兼容偽裝的調(diào)控膜層結(jié)構(gòu)[CD]mD[CD]m或/和③紅外偽裝調(diào)控膜層結(jié)構(gòu)[EF]i組合構(gòu)成；其中，B、C、D、F為固態(tài)材料層，固態(tài)材料選自ZnS、ZnSe、GaAs、PbTe、Al2O3、SiO2、TiO2、Si、Si3N4、MgF2、PbF2；A、E為空氣層；膜層排列系數(shù)n、m、i代表周期性交替排列的次數(shù)，n、i取值2～6的整數(shù)，m取值2；
所述變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]n為空氣層A與固態(tài)材料層B交替構(gòu)成的層狀柵格結(jié)構(gòu)；空氣層A的厚度dA為80～180nm，固態(tài)材料層B的厚度dB為50～120nm；固態(tài)材料B的折射率為nB，單周期AB兩膜層的厚度關(guān)系存在200nm≤dA+nBdB≤300nm。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其特征在于：所述異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為：B[AB]n[CD]mD[CD]m，若C、D兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nC、nD，C、D兩膜層厚度分別為dC、dD，則存在以下關(guān)系：
①nCdC≈nDdD≈2650nm，且nCdC+nDdD＝5300nm；
或：②nCdC≈nDdD≈265nm，且nCdC+nDdD＝530nm。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其特征在于：所述A為空氣層，折射率nA為1；B、D介質(zhì)膜層材料為氧化硅，折射率nB、nD為1.46；C介質(zhì)膜層材料為碲化鉛，折射率nC為5.6；n＝6，m＝2；
變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]n，單周期AB的兩膜層厚度分別為dA、dB，A空氣層厚度dA為100nm，B介質(zhì)膜層厚度dB為100nm；
8～14μm遠紅外與10.6μm激光兼容偽裝的調(diào)控膜層結(jié)構(gòu)[CD]mD[CD]m，CD兩介質(zhì)膜層厚度分別為dC、dD，C介質(zhì)膜層厚度dC為473nm，D介質(zhì)膜層厚度dD為1815nm；
或：所述A為空氣層，折射率nA為1；B、C介質(zhì)膜層材料為氧化鈦，折射率nB、nC為2.6；D介質(zhì)膜層材料為氧化硅，折射率nD為1.46；n＝6，m＝2；
變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]n，單周期AB的兩膜層厚度分別為dA、dB，A空氣層厚度dA為140nm，B介質(zhì)膜層厚度dB為60nm；
1～2.5μm近紅外與1.06μm激光兼容偽裝的調(diào)控膜層結(jié)構(gòu)[CD]mD[CD]m，CD兩介質(zhì)膜層厚度分別為dC、dD，C介質(zhì)膜層厚度dC為102nm，D介質(zhì)膜層厚度dD為181nm。


4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其特征在于：所述異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為：B[AB]n[EF]i，若E、F兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nE、nF，EF兩膜層厚度分別為dE、dF，則存在關(guān)系：nEdE+nFdF＝λ/2，λ在3～5μm、10～12μm范圍內(nèi)取值。


5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其特征在于：所述A、E為空氣層，折射率nA、nE為1；B介質(zhì)膜層材料為硫化鋅，折射率nB為2.2；F介質(zhì)膜層材料為氧化硅，折射率nF為1.46；n＝4，i＝4；
變色膜層結(jié)構(gòu)B[AB]n，單周期AB的兩膜層厚度分別為dA、dB，A空氣層厚度dA為100nm，B介質(zhì)膜層厚度dB為80nm；
紅外偽裝調(diào)控膜層[EF]i，EF兩介質(zhì)膜層厚度分別為dE、dF，E介質(zhì)膜層厚度dE為2375nm，F(xiàn)介質(zhì)膜層厚度dF為1800nm。


6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣液控制的多波段兼容型智能光學(xué)偽裝材料，其特征在于：所述異質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)為：B[AB]n[CD]mD[CD]m[EF]i或B[AB]n[EF]i[CD]mD[CD]m；
若C、D兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nC、nD，CD兩膜層厚度分別為dC、dD，則存在以下關(guān)系：
①nCdC＝nDdD≈2650nm，且nCdC+nDdD＝5300nm；
或：②nCdC＝nDdD≈265nm，且nCdC+nDdD＝530nm；
若E、F兩膜層介質(zhì)的折射率分別為nE、nF，EF兩膜層厚度分別為dE、dF，則存在關(guān)系：nEdE+nFdF＝λ/2，λ在3～5μm、10～12μm范圍內(nèi)取值。

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王龍，汪劉應(yīng)，唐修檢，劉顧，陽能軍，田欣利，趙文博，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍火箭軍工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61