[发明专利]一种兼具高可见光吸收和高红外辐射的薄膜的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光吸收及红外辐射技术领域，具体涉及一种兼具高可见光吸收和高红外辐射的薄膜的制作方法。

背景技术

可见光能量尤其是太阳光能量的利用是绿色能源的一个重要方面。目前，可见光的主要利用途径是将可见光能量吸收，然后转换为可利用的其他能量形式，其中涉及到光电转换材料、光热转换材料等。光热转换材料的利用尤其普遍，例如太阳能热水器、太阳能热发电和太阳房、太阳能空调等都用到了光热转换材料。而现在普遍使用的可见光吸收材料为SiC、陶瓷等。

可见光吸收性能的影响因素主要有吸收层的材料、颜色、结构和厚度等。可见光的吸收有两种：一般吸收和选择吸收。一般吸收物质对光能的吸收很少，吸收系数与波长无关，并且对某一波段的光的吸收量几乎一样；选择吸收物质对光能的吸收很多，并且随波长的变化而剧烈变化。由于可见光被选择吸收，会使白光变为彩色光，物体呈现颜色，都是其表面或体内对可见光进行选择吸收的结果，黑色物质对可见光各波段的光都有很强的吸收作用。材料的结构也对可见光的吸收有很大影响，通过研究可知，多孔结构的材料可以明显增大可见光的吸收系数，同时多孔粗糙的表面结构能够明显减小反射光强。

红外辐射材料是在一定红外波段范围内具有较高辐射率和较高辐射强度的无机材料，已在军事技术、工农业生产、空间技术、资源勘测、气象预报和环境科学等许多不同的领域内获得了广泛应用。高性能红外辐射材料的研制是目前红外领域的主要课题之一，其实现方式有很多，包括高红外辐射涂层、高红外辐射陶瓷、以及各种能够提高红外辐射的掺杂材料等。

实际物体的发射率除了依赖于温度和波长外，还与构成该物体的材料性质及表面状态等因素有关。不同材料的发射率不同，金属的发射率比非金属的要小。表面光洁度不同的物体发射率不同，通常表面粗糙的材料发射率比光洁表面高。表面颜色也影响物体发射率，以黑色为代表的深色系物体表面发射率比浅色系高。

总之，在可见光吸收材料领域和红外辐射材料领域，都有比较成熟的技术，如广泛用于太阳能热水器的SiC可见光吸收材料和用于工业窑炉中来节能的高红外发射率涂层等。但是能够兼具高可见光吸收和高红外辐射两种性能的材料却很少，目前报道的只有某些陶瓷材料有这种功能。但是，陶瓷材料的制作工艺复杂，成型困难，可塑性较差，在一些要求微结构加工的领域无法得到应用。

发明内容

本发明提出了一种兼具高可见光吸收和高红外辐射的薄膜的制作方法，该方法基于微机械加工工艺，制作过程主要分为吸收层制作和辐射层制作；吸收层通过微机械加工工艺使附着在透明衬底上的胶层焦化膨胀，形成黑色多孔蓬松状物质，具有高可见光吸收性能的特征，是吸收可见光的主要区域；辐射层是在吸收层的基础上进行再加工，溅射高红外辐射材料，使其具有粗糙的表面，其作用是进一步提高可见光吸收性能，同时具有高红外辐射的特征。

该方法实现的具体过程如下：

选择透可见光衬底，衬底操作面平整，大小根据实际需要确定；依次采用超声波、丙酮、乙醇和去离子水彻底清洗；在清洗后的衬底操作面上旋涂光刻胶，形成胶层；胶层面积根据实际需要确定，小面积直接加工而成，而较大面积则用小面积进行拼接制作；胶层的厚度根据透明衬底材料的热导率和表面附着性能确定，透明衬底材料的热导率越高，胶层需要的厚度越大；透明材料的表面附着性能越高，胶层需要的厚度越小；

采用微机械加工技术控制工艺过程碳化胶层，形成吸收层，胶层被碳化的厚度根据微机械加工技术能使胶层碳化的能力和辐射层透光性决定，碳化程度越高，需要吸收层碳化厚度越小；辐射层透光性越大，需要吸收层碳化厚度越大；最后在吸收层的表面制作一层辐射层，形成兼具高可见光吸收和高红外辐射的薄膜。

进一步地，在制作胶层后，通过光刻工艺将胶层刻成所需图形，然后制作完辐射层时，再对辐射层进行光刻刻蚀，形成于胶层图形重合的辐射层，以完成特定需求。

有益效果

1)本发明实现了兼具高可见光吸收性能和高红外辐射性能的薄膜的制作，该方法基于微机械加工工艺制作过程主要分为吸收层制作和辐射层制作；加工工艺较为简单；同时，吸收层通过微机械加工工艺使附着在透明衬底上的胶层焦化膨胀，形成黑色多孔蓬松状物质，具有高可见光吸收性能的特征，是吸收可见光的主要区域；辐射层是在吸收层的基础上进行再加工，溅射高红外辐射材料，使其具有粗糙的表面，其作用是进一步提高可见光吸收性能，同时具有高红外辐射的特征。

2)吸收层的原材料采用光刻胶，所以此薄膜可以在碳化前通过光刻技术使得吸收层其具有各种微结构，控制灵活，厚度和图案成型尺寸控制精度高。