[发明专利]一种防强光强热辐射的复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合涂层材料的领域，特别涉及一种防强光强热辐射的复合涂层及其制备方法。

背景技术

二氧化钒(VO₂)在68℃左右会发生半导体/金属相变，并且相变是可逆的，相变前后VO₂的光学和电学性质发生巨大改变。红外透射率由半导体相的70％或以上降至金属相的不到10％或更低，电阻率的改变可达到3～5个数量级。由于VO₂的相变温度是所有材料中最接近室温的，而且只需通过少量的掺杂高价态金属，如钨(W)、钼(Mo)等，很容易将相变温度降到使人感到舒适的室温范围。因此，很适合于制作“智能玻璃”或军事用途的强光、强热防护涂层。比如：

1、当夏天室外温度较高时，涂在建筑物玻璃上的掺杂VO₂发生相变，从半导体相变成金属相，极大地反射红外波段的电磁波，阻止热量通过窗户进入室内，使室内保持相对凉爽。减少或避免制冷空调的使用，当冬天室外温度较低时，户外的温度不足以使VO₂发生相变，处在半导体相的VO₂允许热量从室外进入室内。当室内的温度高到使VO₂发生相变时，这时VO₂还可以有效地阻止室内的热量通过窗户向室外流失，减少或避免制热空调的使用，从而实现大量节约电力能源的目的。

2、实验证明，在夏天有阳光照射不开车窗和空调的情况下，汽车驾驶室内会测有60℃～80℃的高温，冬天时车内、外温度则几近相等，此时开动制冷、制热车用空调，会增加油料消耗30％～40％，国内、外汽车数以亿计，当具有这种功能的智能玻璃用于汽车等交通运输工具上时，必将大量节约油料的消耗。

3、随着科学技术的发展，现代战争中会越来越多使用能产生高亮度、高热量的新式武器，如激光武器、核武器。为了防止此种武器烧伤军事人员的眼睛或设备，必要的防护措施显得尤为重要，具有光(热)开关特性的VO₂是一种具有很好发展前景的防护器材，特别是对红外波段强光辐射的衰减和防护效果更为明显，氧碘激光波长为1.315μm，氟化氘激光波长为2.7μm，这些都是作为高功率超大能量战略激光武器所用的激光器件和输出波长，对该激光的防护已势在必行，特别是卫星上的光电传感器、武器装备光学窗口、作战人员眼的防护等。它与传统的多层介质膜的作用机理不同，它不是利用膜层的折射和反射原理衰减激光，而是利用热致相变原理对强光进行有效衰减，当激光与核闪光等强光辐射对薄膜产生作用并达到相变阈值时，VO₂薄膜的电导率发生变化，其间的电子排列顺序改变，从而由半导体变成金属使得光束不能通过，产生相变的响应时间达10皮秒(ps)，甚至上限可达飞秒(fs)量级，VO₂薄膜的这种光限幅特性，非常适合于目前大量装备使用的激光武器的防护，特别是对多波段、短脉冲、可调谐激光的防护，传统的线性激光防护镜仅能对某些特定波长激光进行防护，而且很难保证防护镜对激光的高衰减和高可见光透过率两项指标的兼顾，如采用包含VO₂薄膜技术的强光限幅器，则容易实现在强光照射时的低透过率，弱光照射时的高透过率，如此，不仅起到了对激光的有效防护作用，而且不影响人眼对目标的观察和可视度。

因此，研究VO₂，特别是掺杂VO₂的用于玻璃、陶瓷或金属基质上的复合涂层就显得尤为重要，具有很重要的科研和商业价值。中国专利95196132.2公开了一种掺杂和未掺杂的VO₂微粒制备方法，将该微粒分散到一种建筑用的清漆中，可以刷在建筑物及门窗、车身上；中国专利200410051966.4公开了一种将VO₂系列粉体和高聚物做成复合材料贴膜，就玻璃涂层而言，无论是刷漆还是贴膜，都比较难以控制成膜的厚度、均匀性和粘着力，只有涂层比较薄且比较致密、牢固，才能保证有效的透光、透热性能；中国专利200410060770.1公开了一种采用离子束反应溅射法沉积相变温度可调的氧化钒薄膜的方法。由于采用了先溅射(依次溅射氧化硅、氮化硅，氧化钒)，后退火的方法，该工艺需要高温且相对复杂，另外由于使用的是硅片而不是玻璃基质做衬底。这种制备薄膜的工艺不适合普通玻璃、陶瓷或金属基质。

发明内容

本发明的目的在于，为解决上述问题，本发明提供了一种防强光强热辐射的复合涂层，及其直接在玻璃、陶瓷或金属基质上采用射频磁控溅射制备掺杂型热色VO₂复合薄膜的方法。