[发明专利]一种仿天牛多级结构的二氧化钒智能热控器件及其制备方法

说明书

一种仿天牛多级结构的二氧化钒智能热控器件及其制备方法，它属于智能热控涂层技术领域。本发明要解决现有基于VO₂的智能热控器件发射率变化小，太阳吸收比高的问题。仿天牛多级结构的二氧化钒智能热控器件自下而上依次由半导体基底层、红外高反射金属层、HfO₂介质层、VO₂层和保护层组成。制备方法：一、红外高反射金属层的制备；二、介质薄膜制备；三、VO₂薄膜制备；四、微结构加工；五、保护层沉积。本发明用于仿天牛多级结构的二氧化钒智能热控器件及其制备。

技术领域

本发明属于智能热控涂层技术领域。

背景技术

航天器在空间运行时会面临复杂的交变温场，其主要通过辐射换热与外界交换能量；航天器热控器件作为航天器表面热控系统中重要的一部分，对于维持航天器内部温度的稳定、保障航天器正常工作起着关键作用。传统热控器件发射率固定，无法随外界温度变化而改变；而新型智能热控器件可以实现随外界环境温度变化自动调节自身发射率大小，是当前航天器热控技术研究的热点内容之一。其主要原理为：当外界环境温度低于器件临界温度时降低自身发射率，减少对外辐射的能量；当外界环境温度高于临界温度后时提高自身发射率，增加对外界辐射的能量。为满足卫星等在空间中低温保温，高温散热的需求，研制具有发射率变化大，太阳吸收比小的智能热控涂层具有重要意义。

VO₂是一种重要的热致变色材料，但由于自身高温高反射的特点使其应用在智能热控上发射率变化较小，一般在0.3以下。目前文献报道的基于VO₂的热控器件一般采用多层膜结构设计或者利用表面等离子共振效应在VO₂表面制备微米级结构提高器件高温的发射率，进而加大发射率变化范围。但仍然存在无法同时满足发射率变化范围大以及常温太阳吸收比低的问题，造成器件性能受限。

发明内容

本发明要解决现有基于VO₂的智能热控器件发射率变化小，太阳吸收比高的问题，而提供一种仿天牛多级结构的二氧化钒智能热控器件及其制备方法。

一种仿天牛多级结构的二氧化钒智能热控器件自下而上依次由半导体基底层、红外高反射金属层、HfO₂介质层、VO₂层和保护层组成；

所述的HfO₂介质层由多个HfO₂微纳结构单元组成，且HfO₂微纳结构单元的形状为底面为正方形的立方体，多个HfO₂微纳结构单元均布设置于红外高反射金属层上层表面；所述的HfO₂微纳结构单元的底面正方形边长为1μm～10μm，高度为400nm～2000nm；相邻HfO₂微纳结构单元之间的距离为0.5μm～5μm；

所述的VO₂层由多个W掺杂的VO₂微纳结构单元组成，且W掺杂的VO₂微纳结构单元的形状为圆锥形，多个W掺杂的VO₂微纳结构单元均布设置于HfO₂介质层上层表面；所述的W掺杂的VO₂微纳结构单元的底面直径为20nm～300nm，高度为50nm～500nm；同一HfO₂微纳结构单元上设置的相邻W掺杂的VO₂微纳结构单元紧密排列；

所述的W掺杂的VO₂微纳结构单元中W占W与V的总原子数的0％～2.5％。

一种仿天牛多级结构的二氧化钒智能热控器件的制备方法，它是按以下步骤进行的：

一、红外高反射金属层的制备：

利用直流磁控溅射技术，在半导体基底层上沉积红外高反射金属层；

二、介质薄膜制备：