[发明专利]一种基于VO2

说明书

本发明涉及一种基于VO₂核壳结构的热致变发射率智能控温涂层，属于功能材料技术领域。本发明通过水热/溶剂热‑煅烧法生长X@VO₂(M)热致相变复合材料，综合利用了VO₂的相变特性和核心粒子的特性，且核心粒子的种类具有多样性；最终制备出的热控涂层在低温时，表现为红外高透过特性，与高反射基底复合后得到高红外反射(低辐射)特性；高温条件下，X@VO₂(M)核壳粒子表现为高反射和高吸收特性，此时会显著增强红外波在热控涂层中的多次散射和多重吸收效应，通过调控X@VO₂(M)核壳粒子在红外透明粘结剂中的颗粒浓度和材料参数，以赋予整个材料体系红外高吸收(低发射)特性，使得改性后的X@VO₂(M)核壳涂层符合航天器的热控需求。

技术领域

本发明涉及一种基于VO₂核壳结构的热致变发射率智能控温涂层，属于功能材料技术领域。

背景技术

航天器在飞行期间，其负载设备、元器件都会产生大量的热，如果不及时采取冷却散热措施，这些常期处于高温环境下的元器件将会无法正常工作，甚至损坏。另外受到来自太阳辐射热等恶劣环境的影响，使得航天器的散热更加困难。因此，理想的热控技术应能根据航天器不同工作任务和环境状况，自主调整与外界环境的热交换能力，这就需要寻求一种新型的智能化热控技术。可变辐射材料/器件是实现智能热控的主要途径之一，在外场激励下，可赋予材料/器件不同的红外辐射特性，进而实现航天器与外部环境之间热量传输的调控，显著提高热控效率和设备服役可靠性。目前，可变辐射热控技术主要有微型热控百叶窗、静电开关辐射器、电致变发射率薄膜、热致变发射率材料等，其中热控百叶窗、热开关、电致变发射率薄膜等采用主动工作模式，需要搭配温度传感器、驱动元件、控制电路、供电系统等部件，不仅占用珍贵的航天器有效载荷资源，还增加了器件所需的补偿功耗。

相比较而言，具有被动工作模式的热致变发射率材料，兼具结构简单、响应速度快、轻质和无能源消耗等优点，在航天器智能热控技术领域倍受瞩目。目前在研究的热致变发射率材料主要有钙钛矿型复合氧化物(A_1-xB_xMO₃)和二氧化钒(VO₂)两类。其中二氧化钒(VO₂) 是热致变领域研究的一个热点材料，该材料在不同温度下电性能变化可达到5个数量级，红外辐射特性变化幅度也相应达到0.6左右，且相转变温度可调控到室温范围。但VO₂自身红外特性在低温下表现为高透过，高温下为高反射(低辐射)，这种变化方向与航天器热控需求正好相反。因此，通常需要利用其低温高透过特性，再结合多层或复合薄膜结构来调节材料红外特性的变化方向。Benkahoul等人在金属铝上制备VO₂薄膜，利用铝对红外波的高反射，实现了材料光学突变方向的反转，获得了适于航天热控应用的发射率可调薄膜(△ε＝0.2)。 Ali Hendaoui等提出了一种简单的Au/SiO₂/VO₂三层薄膜结构，提高了薄膜器件的发射率可调性能。虽然利用多层膜结构实现了VO₂在热致变发射率智能控温材料中的应用，且其发射率变化值取得了一定的进展，但还存在以下不足：首先，多层膜结构可调节的波段范围窄，光学性能对薄膜厚度和质量十分敏感；其次，薄膜材料的制备需要复杂的真空沉积设备，由于受到材料制造和施工工艺、综合性能方面的制约，难以在航天器外表面实现整体的大规模应用。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有热致变发射率材料VO₂在航天器热控需求中的性能和应用实施问题，本发明提供了一种基于VO₂核壳结构的热致变发射率智能控温涂层，通过优化设计热致变发射率材料及涂层体系，实现涂层红外发射率可随环境温度自主变化(低温低发射率、高温高发射率)，从而满足航天器的自适应控温需求。

一种基于VO₂核壳结构的热致变发射率智能控温涂层，如图1所示，从上至下依次为可见-红外高透明树脂层(1)和高红外反射基底(4)。