基于聚苯胺的兼容型紅外電致變色器件研究.pdf

1、隨著光學(xué)偵察水平的不斷提高，傳統(tǒng)偽裝器材因其紅外特征信號(hào)固定，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，偽裝器材的特征信號(hào)不能與目標(biāo)匹配，導(dǎo)致目標(biāo)容易暴露。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于聚苯胺的可見-近紅外兼容型紅外電致變色器件，器件的發(fā)射率特性能夠在電壓的作用下隨外界環(huán)境變化而變化，器件在可見-近紅外波段偽裝特性能夠滿足林地型偽裝要求，在實(shí)現(xiàn)了器件熱紅外發(fā)射率特性可調(diào)的同時(shí)，器件的可見-近紅外波段偽裝性能可與外界環(huán)境兼容。研究?jī)?nèi)容與結(jié)論包括：
　

2、　論文首先分析了可見-近紅外兼容型紅外電致變色器件在可見、近紅外及熱紅外波段的技術(shù)要求。通過采集和分析同一環(huán)境背景不同時(shí)段、相同時(shí)段不同環(huán)境背景的紅外特征數(shù)據(jù)，明確了可見-近紅外兼容型紅外電致變色器件的主要性能參數(shù)，提出了優(yōu)先研究以綠色色系為基礎(chǔ)、近紅外波段兼容、紅外發(fā)射率可調(diào)的智能偽裝基本概念。確定了以聚苯胺為基礎(chǔ)材料體系，利用光子晶體禁帶效應(yīng)實(shí)現(xiàn)器件在近紅外波段偽裝兼容的設(shè)計(jì)方案。
　　以鍍金多孔薄膜為基底，采用電化學(xué)聚合方法

3、制備了紅外電致變色器件中的聚苯胺工作電極，研究了聚合電壓、聚合電流密度、聚合電量密度對(duì)聚苯胺工作電極形貌、結(jié)構(gòu)及初始發(fā)射率的影響。研究表明：恒電流條件制備聚苯胺工作電極時(shí)，工作電極初始發(fā)射率隨聚合電量密度的增加不斷增大，工作電極聚苯胺薄膜摻雜程度隨著聚合電量密度增加變化不大。恒電壓條件制備聚苯胺工作電極時(shí)，隨著聚合電量密度的增加，工作電極初始發(fā)射率及聚苯胺薄膜摻雜程度都不斷增大。在工作電極聚苯胺層厚度控制方面，恒電流法更有優(yōu)勢(shì)；在工作電

4、極初始發(fā)射率調(diào)控方面，恒電壓法更有優(yōu)勢(shì)。
　　研究了紅外電致變色器件各組成部分制備條件對(duì)器件紅外電致變色性能的影響，建立了器件紅外電致變色機(jī)理模型，研究和驗(yàn)證了器件的變色機(jī)理。研究表明：（1）工作電極多孔薄膜鍍金層厚度以160~200nm為宜，微孔薄膜孔徑應(yīng)小于5μm；（2）器件紅外發(fā)射率變化幅度隨著聚合電量密度的增加先增大后減??；（3）聚苯胺的摻雜改性能夠改善其水溶性，可采用噴涂成膜方式制備聚苯胺工作電極，但器件發(fā)射率調(diào)控范圍有

5、所降低。（4）8~12μm波段器件初始發(fā)射率低（0.6左右）的情況下，發(fā)射率的調(diào)控范圍為0.3~0.6，最大調(diào)控幅度為0.3；器件初始發(fā)射率處于中等水平（0.8左右）的情況下，發(fā)射率的調(diào)控范圍為0.33~0.8，最大調(diào)控幅度為0.47；器件初始發(fā)射率高（0.9左右）的情況下，發(fā)射率的調(diào)控范圍為0.37~0.9，最大調(diào)控幅度為0.53。（5）紅外電致變色器件在不同電壓下發(fā)射率變化的主要原因是工作電極聚苯胺層在紅外波段吸收不同，器件發(fā)射率調(diào)

6、控機(jī)制符合透射式機(jī)理。
　　利用光子晶體禁帶效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了紅外電致變色器件在近紅外波段的兼容性能。分別對(duì)聚苯胺反 opal光子晶體結(jié)構(gòu)及聚乙烯封裝膜為基底的一維光子晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)制備，研究表明：（1）聚苯胺反opa l結(jié)構(gòu)理論計(jì)算表明，當(dāng)SiO2微球直徑為500nm時(shí)，聚苯胺反光子帶隙反射峰的中心波長(zhǎng)位于700nm處，可滿足近紅外波段高反射性能要求；（2）成功制備了一系列不同孔徑的聚苯胺反opa l光子晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)孔徑為

7、800 nm時(shí)，聚苯胺反opa l結(jié)構(gòu)在1370 nm處有比較明顯的光子帶隙峰。（3）一維光子晶體結(jié)構(gòu)理論計(jì)算表明，選用硅/二氧化硅單周期膜厚為250nm（其中硅層厚度175 nm，二氧化硅層厚度75 nm），重復(fù)周期數(shù)為2的一維光子晶體結(jié)構(gòu)，能夠滿足近紅外波段高反射性能要求。（4）選取合適的工藝條件和工藝參數(shù)，成功制備出理論計(jì)算的一維光子晶體復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。（5）一維光子晶體結(jié)構(gòu)能夠有效提高聚苯胺紅外電致變色器件近紅外波段反射率，且對(duì)器件