CN103191857A - 在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，包括如下步骤：步骤1：取碳化硅颗粒和黑漆涂料；步骤2：将碳化硅颗粒和黑漆涂料混合；步骤3：将混合后的碳化硅颗粒和黑漆涂料喷涂在基底材料的表面；步骤4：将喷涂有混合后的碳化硅颗粒和黑漆涂料的基底材料晾干或烘干，完成制备。本发明具有制备简单、吸收率高、吸收带宽宽的涂层材料，通过混合碳化硅颗粒和黑漆涂层，实现了频率大于0.05THz(对应波长小于6mm)的电磁辐射的宽波段全吸收，该涂层可用于太赫兹波段辐射强度的绝对测量和目标在太赫兹波段的隐身。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域和仪器仪表技术领域，是一种在远红外与太赫兹波段的高吸收率材料和太赫兹辐射计探测器靶面材料，特别是一种在太赫兹波段具有宽带(覆盖频率大于0.05THz以上频段，对应波长小于6mm)高吸收率(吸收率可高达99.9％)涂层的制备方法。
背景技术
太赫兹是指频率位于0.1-10THz的电磁辐射，在电磁波谱上位于光学的红外和电磁学的毫米波之间的带隙。长期以来，由于缺乏有效的产生和测量技术，太赫兹成为电磁波谱中人类有待认识的最后一个窗口。随着光学与电子学技术的发展，各类商品化的太赫兹辐射源、太赫兹探测器、太赫兹光谱仪、太赫兹成像仪不断涌现。目前太赫兹技术已广泛应用于材料成分识别、生物样品测试、食品安全检查、药品成分分析、疾病预防筛查、天文观测和环境监测等领域。
然而太赫兹辐射参数的绝对计量却长期处于空白状态。国际上的太赫兹源和测量设备量值无法溯源，测量准确度和有效性无法评估。2009年，德国国家计量院的Andreas Steiger等将太赫兹辐射量值溯源至低温辐射计，在国际上首次实现了2.5THz频率处太赫兹辐射度的量值溯源。可是由于低温辐射计吸收腔在太赫兹波段的腔体吸收率不确定度为7％，最终给出的合成不确定度为7.3％(包括因子k＝1)。
2011年，美国标准技术研究院的John Lehman等报导了一种垂直生长的碳纳米管阵列材料。利用1.5mm高的碳纳米管阵列在0.76THz频率处实现了99％的吸收。然而，他们只给出了0.76THz频率处的测量结果，太赫兹在其他频率的辐射计量仍然无法解决。另外，碳纳米管制备工艺复杂、生长条件苛刻、热平衡时间长且易碎，导致了这种材料的应用受到限制。
本发明介绍一种制备简单、对基底要求低、可大面积、快速制备、可喷涂成腔形结构的涂层材料，在(0.1-2.5)THz频段的吸收率达到99％以上，吸收宽带覆盖频率大于0.05THz以上频段，对应波长小于6mm，适合用于宽波段范围内太赫兹辐射的绝对计量。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，该方法具有制备简单、吸收率高、吸收带宽宽的涂层材料，通过混合碳化硅颗粒和黑漆涂层，实现了频率大于0.05THz(对应波长小于6mm)的电磁辐射的宽波段全吸收，该涂层可用于太赫兹波段辐射强度的绝对测量和目标在太赫兹波段的隐身。
本发明提供(不用管)
本发明具有以下优点：
(1)吸收率高：吸收率可高达99.9％以上。
(2)吸收带宽宽：可吸收频率大于0.05THz的电磁辐射，对应波长小于6mm的电磁辐射。
(3)在可见光波段吸收率高：在可见光波段的吸收率高达99％以上。
(4)便于量值溯源：基于该涂层的辐射计辐射度量值可直接溯源至国家激光功率基准。
(5)加工制备简单：可直接喷涂或敷涂在目标物体表面。
(6)对基底材料要求低：基底材料可以是任何固态物体，包括金属、非金属、半导体或塑料。
(7)对基底形状要求低：基底可以是平面形、曲面形或腔形等各种形状。
(8)热导率高：涂层传热快，基于该涂层的辐射计热平衡时间短。
附图说明
为进一步说明本发明的技术特征，结合以下附图，对本发明作一详细的描述，其中：
图1为本发明的制备方法的流程图；
图2为利用反射式太赫兹光谱仪测量的太赫兹波段宽波段高吸收率涂层反射率的测量结果。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种在太赫兹波段具有宽带高吸收率的涂层的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取碳化硅颗粒和黑漆涂料，其中所述的碳化硅颗粒的比例为5％-30％，其中所述的黑漆涂料的比例为70％-95％。所述的碳化硅颗粒的直径为1μm至1000μm，所述的碳化硅颗粒包括无色碳化硅颗粒、黑碳化硅颗粒或绿碳化硅颗粒，或及其组合；所述的黑漆涂料包括3M黑漆涂料、碳纳米粉黑漆涂料、EPC-2200黑漆涂料、Chemglaze黑漆涂料或Martin Black黑漆涂料，或及其组合；
步骤2：将碳化硅颗粒和黑漆涂料混合，并搅拌均匀；其中在混合后的碳化硅颗粒和黑漆涂料中添加有固化剂或导热剂辅助材料；
步骤3：将混合后的碳化硅颗粒和黑漆涂料喷涂在基底材料的表面，所述的基底材料是任何形状的固态物体，包括金属、非金属、半导体、塑料、热电偶、温度传感器或热电探测器，所述的喷涂是指用喷枪喷涂、敷涂、刷涂或溅射，或及其组合；
步骤4：将喷涂有混合后的碳化硅颗粒和黑漆涂料的基底材料晾干或烘干，所述的晾干为自然干燥；烘干为电加热干燥，电加热干燥的温度为50-200℃，完成制备。
图2为利用自主研制的反射式太赫兹光谱仪测量本发明制备的涂层样品材料在太赫兹波段下的光谱反射率，其中粗实线为基底材料反射率的测量结果，细虚线为光谱仪的***本底噪声，即测量的下限。从图中可以看出混合涂层的吸收带宽扩展到0.05THz以上的频段(对应波长小于6mm以下)。在0.05-0.2THz的反射率约为2％，0.2-0.5THz的反射率约为0.3％，0.5-2THz的反射率小于0.1％。2THz以上的反射率仍然很低，与***本底噪声一致。该涂层喷涂在金属基底上，选择金属作为涂层的基底是因为金属在太赫兹波段具有较高的反射率。太赫兹不能穿透金属，因此1减去测量的反射率为样品在太赫兹波段的吸收率。因而测量结果表明涂层在太赫兹波段具有极高的吸收率。
我们利用积分球的方法测量了涂层在633nm氦氖激光器波长下的吸收率。测量结果表面涂层在633nm波长的吸收率为99.021％。这说明该涂层在可见光波段仍然具有极好的吸收，因此，可以将太赫兹的辐射功率量值溯源至激光小功率国家基准上。利用在氦氖激光下标定的响应度量值作为太赫兹功率响应度量值。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取碳化硅颗粒和黑漆涂料；
步骤2：将碳化硅颗粒和黑漆涂料混合；
步骤3：将混合后的碳化硅颗粒和黑漆涂料喷涂在基底材料的表面；
步骤4：将喷涂有混合后的碳化硅颗粒和黑漆涂料的基底材料晾干或烘干，完成制备。
2.根据权利要求1所述的在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，其中所述的碳化硅颗粒的比例为5％-30％，黑漆涂料的比例为70％-95％。
3.根据权利要求2所述的在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，其中所述的碳化硅颗粒的直径为1μm至1000μm。
4.根据权利要求3所述的在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，其中所述的碳化硅颗粒包括无色碳化硅颗粒、黑碳化硅颗粒或绿碳化硅颗粒，或及其组合。
5.根据权利要求2所述的在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，其中所述的黑漆涂料包括3M黑漆涂料、碳纳米粉黑漆涂料、EPC2200黑漆涂料、Chemglaze黑漆涂料或Martin Black黑漆涂料，或及其组合。
6.根据权利要求1所述的在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，其中所述的喷涂包括喷枪喷涂、敷涂、刷涂或溅射，或及其组合。
7.根据权利要求1所述的在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，其中所述的晾干为常温自然干燥；烘干为电加热干燥，电加热干燥的温度为50-200℃。
8.根据权利要求1所述的在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，其中在混合后的碳化硅颗粒和黑漆涂料中添加有固化剂或导热剂辅助材料。
9.根据权利要求1所述的在太赫兹波段具有宽带高吸收率涂层的制备方法，其中所述的基底材料是任何形状的固态物体，包括金属、非金属、半导体、塑料、热电偶、温度传感器或热电探测器。
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