[发明专利]一种热致变色可变发射率涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域,具体涉及一种热致变色可变发射率涂层及其制备方法。

背景技术

掺杂二价碱土金属元素的稀土锰氧化物材料具有热致改变辐射特性。在合适的掺杂浓度条件下，锰氧化物材料属性随温度变化发生铁磁金属态-顺磁绝缘态转变而呈现独特的光学、电学以及磁学特性，并且可根据系统与设备的温度水平，调节自身辐射特性，控制系统与设备和外界环境之间的辐射能量交换，实现对系统与设备温度的控制与管理，使其在国民经济和国防领域均有广阔的应用前景。在建筑节能领域，可将其设计为具有辐射性能可控的智能窗玻璃或建筑物材料，实现冬暖夏凉的节能效果；在航天器热控技术领域，可利用锰氧化物发射率随温度变化的热致变色特性实现对航天器表面温度的自动控制。当航天器温度升高时，用于其表面的锰氧化物材料的发射率增大，从而可将多余的热量排散到外太空；而当航天器处理冷环境时，表面温度急剧降低，其所用锰氧化物材料的发射率也相应地降低，从而实现无辅助装置条件下阻止了航天器内部热量的损失。因其无外加辅助装置而具有高效可靠的优势。

目前这种材料的应用方式主要是将该材料加工成亚毫米级厚度的陶瓷薄片（规格为40×40×0.3 mm）并粘贴到相应的基底材料上，其过程比较繁琐，成品率较低；其次，样品加工成薄片时导致过多的材料损耗，材料利用率较低；再有因陶瓷薄片韧性差的特点，导致陶瓷薄片厚度越薄，其机械性能就越差；最后，陶瓷薄片粘贴到基底上时，薄片之间的连接处存在较大的缝隙，使得材料难以大面积应用，且这种薄片无法应用于形状复杂的构件表面。

与陶瓷薄片的应用方式相比，涂层是一种比较理想的实施方式，尽管国内外对锰氧化物涂层开展了相关的研究，但所制备的涂层要么没有克服陶瓷薄片的缺陷要么没有呈现出热致改变辐射特性。其中，对比文献1（Darius Nikanpour et al., An Autonomous Variable Emittance Thermal Radiatior For Small & Microsat Temperature Control 4th symposium of Small Satellites Systems and Services, ESA, 2008）采用脉冲激光沉积法在金属基底上制备了(La,Sr)MnO₃涂层，但其发射率基本没有变化。对比文献2（Chunhua Wu, et al., Thermochromic property of La_0.8Sr_0.2MnO₃ thin-film material sputtered on quartz glass, Journal of Alloys and Compounds, 2010, 506, L22-L24）采用磁控溅射法在玻璃基底上制备了La_0.8Sr_0.2MnO₃涂层，并报道了其发射率的变化，但因La_0.8Sr_0.2MnO₃陶瓷材料较差的韧性，导致制备涂层过程中所用的La_0.8Sr_0.2MnO₃陶瓷靶材料开裂，涂层沉积率低下；其次，锰氧化物的磁性对磁场的屏蔽作用，溅射沉积时它们会减弱或改变靶表面的磁场分布，影响溅射效率。对比文献3（Xingmei Shen et al., Infrared emissivity of Sr doped lanthanum manganites in coating form, Journal of Alloys and Compounds, 2011, 509, 8116-8119）用环氧树脂、偶联剂及填料与La_0.8Sr_0.2MnO₃粉末混合形成浆料，并刷涂到基底上形成涂层，但其涂层的发射率并没有随温度变化。其次，因锰氧化物存在磁性，在与环氧树脂、偶联剂及填料混合时，其磁性导致混合搅拌不均匀。因此，锰氧化物磁性对热致变色可变发射率涂层的制备也有很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热致变色可变发射率涂层及其制备方法，克服了锰氧化物陶瓷薄片的缺陷，避免了锰氧化物磁性对涂层制备的影响，实现了热致变色涂层的发射率可调功能，解决了锰氧化物热控材料大面积应用和复杂构件表面应用的难题，提高了材料的利用率。

实现本发明目的的技术解决方案为：