CN115113316A - 激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法 - Google Patents
激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115113316A CN115113316A CN202210914307.7A CN202210914307A CN115113316A CN 115113316 A CN115113316 A CN 115113316A CN 202210914307 A CN202210914307 A CN 202210914307A CN 115113316 A CN115113316 A CN 115113316A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- layer
- functional film
- infrared
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims description 11
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 10
- -1 polymethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 10
- 238000002444 silanisation Methods 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 239000005051 trimethylchlorosilane Substances 0.000 claims description 7
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 6
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 4
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000469 dry deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 claims description 3
- 229920001935 styrene-ethylene-butadiene-styrene Polymers 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 64
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 15
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 15
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 3
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 3
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/22—Absorbing filters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/204—Filters in which spectral selection is performed by means of a conductive grid or array, e.g. frequency selective surfaces
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法，所述薄膜包括柔性基底，表面具有微纳周期结构；金属反射层，形成在所述微纳周期结构上并与所述柔性基底形成相位超表面，以通过相位梯度调控第一激光的散射方向；吸收层，形成在所述金属反射层上，以单独或者与所述金属反射层共同吸收第二激光，并与金属反射层配合实现中远红外波段的低发射率。本发明实现了中远红外波段和1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的低可探测，具有柔性功能并可贴合于任意表面，在可穿戴领域及曲面异形表面有广泛的应用前景。本发明通过对基底表面进行硅烷化处理并制备得到柔性基底，具有工艺简单、制备周期短、可大面积制备的优点。
Description
技术领域
本发明属于多波段电磁波调控的技术领域，尤其涉及一种激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法。
背景技术
随着多谱段探测技术的发展，红外及激光探测已经广泛应用在各个领域，相对应的红外、激光兼容的低可探测功能材料也有了迫切的需求。
为了实现多波段低可探测的效果，针对红外探测，需要在中远红外波段有低的发射率(高的反射率)(3～14μm)；针对激光探测，则需要在1.06μm、1.55μm、和10.6μm这几个激光主要探测波长有低的反射率。因此，若要同时实现对激光和红外的不可见，就存在矛盾性，即需要材料在同一电磁波段具有截然相反的性能。实际应用中还需发展多个激光波长与红外兼容的材料，以应对更复杂的探测环境。
此外，目前的红外激光低探测材料多为硬质基底，不具备柔性。随着红外超材料及微细加工工艺的发展，柔性超材料的加工制备也受到了关注。柔性红外超材料制备工艺目前主要有正向剥离方法和液态金属注入法，其中正向剥离方法的使用较多，它首先在硅片上制作一层有机物的牺牲层，然后在牺牲层表面制作柔性材料；液态金属注入法则是在柔性基材中挖孔，再将液态金属注入后成型，制备方法相对复杂。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法。
发明内容
针对多激光波长和红外不可见存在的上述问题，本发明提出了一种激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法，该薄膜能够实现中远红外波段(3～14μm)和1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的低可探测，并且具有低的镜面反射。
为此，本发明的一方面提供了一种激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，包括：
柔性基底，表面具有微纳周期结构；
金属反射层，形成在所述微纳周期结构上并与所述柔性基底形成相位超表面，以通过相位梯度调控第一激光的散射方向；
吸收层，形成在所述金属反射层上，以单独或者与所述金属反射层共同吸收第二激光，并与金属反射层配合实现中远红外波段的低发射率。
进一步地，所述柔性基底的材料包括聚甲基硅氧烷、SEBS和硅橡胶中的一种，柔性基底的厚度为0.1～2mm。
进一步地，所述金属反射层的材料包括金、银、铝和铜中的一种，金属反射层的厚度大于所述材料的趋肤深度。
进一步地，所述第一激光包括波长为10.6μm的激光，所述微纳周期结构基于所述第一激光的散射方向调控需求设计得到。
进一步地，所形成的相位超表面为几何相位超表面或谐振相位超表面，以产生所述相位梯度。
进一步地，所述吸收层为单层本征吸收膜层或多层光子吸收膜层。
进一步地，所述单层本征吸收膜层的材料包括Fe3O4和InAs中的一种，所述多层光子吸收膜层包括Ge/Ti/Ge光子晶体吸收膜层、ZnS/Ti/ZnS光子晶体吸收膜层和Al2O3/W/Al2O3光子晶体吸收膜层中的一种。
进一步地，所述第二激光包括波长为1.064μm的激光和波长为1.55μm的激光，所述中远红外波段的波长范围为3～14μm，其中，所述吸收层在中远红外波段无损耗且所述金属反射层具有低红外辐射特性。
本发明的另一方面提供了上述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜的制备方法，包括：
S1，在基底上光刻制备微结构，所述微结构具有与所述微纳周期结构相对应的反图案；
S2，采用聚三甲基氯硅烷对具有微结构的基底表面进行硅烷化处理；
S3，将混合有固化剂的液态聚甲基硅氧烷倒在S2处理好的基底表面，真空条件下加热固化；
S4，炉冷后揭下具有微纳周期结构的柔性基底，在柔性基底的微纳周期结构上依次形成金属反射层和吸收层，得到所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜。
进一步地，所述基底为硅片；所述硅烷化处理为将具有微结构的基底放置于真空干燥器中30～120min并利用聚三甲基氯硅烷干法沉积形成分子膜；所述混合有固化剂的液态聚甲基硅氧烷为按照10:1～3的质量比混合液态聚甲基硅氧烷与固化剂，混合均匀后真空除泡20～60min后制得；固化条件为60～100℃下真空固化1～3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明的激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜实现了中远红外波段(3～14μm)和1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的低可探测。其中，1.064μm和1.55μm激光波长不可见的机理为吸收机理，10.6μm激光波长低探测机理为相位相消机理，同时该柔性电磁功能薄膜具有低的镜面反射。
(2)本发明的柔性电磁功能薄膜具有柔性功能，可贴合于任意表面，在可穿戴领域及曲面异形表面有广泛的应用前景。
(3)此外，本发明通过对基底表面进行硅烷化处理并制备得到柔性基底，具有工艺简单、制备周期短、可大面积制备并且成本低的优点。
附图说明
为了更清楚地理解本发明的结构和实施例，下面将对所需要的附图进行说明，以下附图仅代表本发明的某些实施例。
图1示出了根据本发明示例性实施例1激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜的局部结构示意图。
图2示出了根据本发明示例性实施例1激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜在0.8～1.7μm波长范围内的反射率测试曲线图。
图3示出了根据本发明示例性实施例1激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜在3～14μm波长范围内的镜面反射率测试曲线图。
图4示出了根据本发明示例性实施例1激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜在3～14μm波长范围内的发射率测试曲线图。
图5示出了根据本发明示例性实施例2激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜在0.8～1.7μm波长范围内的反射率仿真曲线图。
图6示出了根据本发明示例性实施例2激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜在8～14μm波长范围内的镜面反射率仿真曲线图。
图7示出了根据本发明示例性实施例2激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜在8～14μm波长范围内的发射率仿真曲线图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
为了使本发明的内容易于理解，下面将结合附图和具体实施例进行详细的说明，所列举的实施例仅为本发明的部分实施例，在不背离本发明的情况下还可以有其他组合方式。
本发明旨在提供一种激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法，一方面该柔性薄膜能够实现中远红外波段(3～14μm)以及1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的低探测并且具有低的镜面反射。另一方面，本发明还提出了上述柔性电磁功能薄膜的简单制备方法，即通过对基片表面进行硅烷化处理，去除了传统正向剥离方法中光刻胶牺牲层的旋涂和清洗步骤，从而使得制备步骤更加简便和高效。
以下将结合附图对本发明作详细说明。
图1示出了根据本发明示例性实施例激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜的局部结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜包括：柔性基底1，表面具有微纳周期结构；金属反射层2，形成在微纳周期结构上并与柔性基底1形成相位超表面，以通过相位梯度调控第一激光的散射方向；吸收层3，形成在金属反射层2上，以单独或者与金属反射层2共同吸收第二激光，并与金属反射层2配合实现中远红外波段的低发射率。
为了实现多波段低可探测的效果，针对红外探测，需要在中远红外波段(3～14μm)有低的发射率；针对激光探测，则需要在1.06μm、1.55μm和10.6μm这几个激光主要探测波长有低的反射率。本发明通过选择材料和设计结构使所得薄膜具有多激光波长和红外兼容功能的同时具备柔性，能够实现中远红外波段(3～14μm)以及1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的低探测并且具有低的镜面反射。
其中，本发明的柔性基底1可以选用固化前为液态，固化后为柔性状态的材料，具体包括聚甲基硅氧烷(PDMS)、SEBS和硅橡胶中的一种；柔性基底1的厚度为0.1～2mm。
本发明的金属反射层2的材料可以采用常规反射层材料，具体包括金、银、铝和铜中的一种；金属反射层2的厚度应大于材料本身的趋肤深度，具体可以根据所选择的材料设置。
柔性基底1上的微纳周期结构主要基于第一激光的散射方向调控需求设计得到，第一激光包括波长为10.6μm的激光。通过调控第一激光的散射方向，从而能够降低其镜面反射率，达到不可见的效果。
具体地，通过对微纳周期结构的设计优化，本发明中由具有微纳周期结构的柔性基底1与金属反射层2共同形成的相位超表面可以为几何相位超表面或谐振相位超表面，通过调控该几何相位超表面或谐振相位超表面可以产生相位梯度，进而利用相位相消原理实现第一激光的散射方向调控。
本发明的吸收层3可以为单层本征吸收膜层或多层光子吸收膜层，吸收层的厚度可根据吸收层类型进行调整。其中，单层本征吸收膜层利用本征吸收方式实现特定波长的激光吸收，单层本征吸收膜层的材料可以包括Fe3O4和InAs中的一种；多层光子吸收膜层则利用其多层膜结构与金属反射膜之间的干涉衍射实现特定波长激光的吸收，多层光子吸收膜层的材料可以包括Ge/Ti/Ge光子晶体吸收膜层、ZnS/Ti/ZnS光子晶体吸收膜层和Al2O3/W/Al2O3光子晶体吸收膜层中的一种。其中，上述多层光子吸收膜层为多层膜结构，例如可以为Ge、Ti和Ge组成的多层膜结构、ZnS、Ti和ZnS组成的多层膜结构或者Al2O3、W和Al2O3组成的多层膜结构。
具体地，第二激光可以包括波长为1.064μm的激光和波长为1.55μm的激光。本发明的吸收层在1.064μm和1.55μm两个激光波长有强烈吸收。
根据本发明，本发明的薄膜还具有中远红外波段的低发射率，这要求吸收层3在波长范围为3～14μm的中远红外波段无损耗且金属反射层2具有低红外辐射特性，否则具有中远红外损耗的吸收层会影响金属反射层在中远红外波段的低红外辐射特性。
由此，上述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜能够实现中远红外波段(3～14μm)和1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的低可探测。
本发明同时提供了上述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜的制备方法，通过对基底表面进行硅烷化处理，去除了传统正向剥离方法中光刻胶牺牲层的旋涂和洗掉步骤，从而使得制备步骤更加简便和高效。
根据本发明的示例性实施例，上述制备方法包括以下步骤。
步骤S1：
在基底上光刻制备微结构，该微结构具有与微纳周期结构相对应的反图案。
优选地，基底为硅片。在完成微纳周期结构设计后，可以利用传统光刻方法在基底上形成与微纳周期结构对应的反图案。
步骤S2：采用聚三甲基氯硅烷对具有微结构的基底表面进行硅烷化处理。
本步骤的硅烷化处理具体为将具有微结构的基底放置于真空干燥器中30～120min并利用聚三甲基氯硅烷干法沉积形成分子膜，取出后可用酒精冲洗并用氮气吹干备用，从而能够实现后续柔性基底便于脱模的效果。
步骤S3：
将混合有固化剂的液态聚甲基硅氧烷倒在步骤S2处理好的基底表面，真空条件下加热固化。
本步骤中混合有固化剂的液态聚甲基硅氧烷具体为按照10:1～3的质量比混合液态聚甲基硅氧烷与固化剂，混合均匀后真空除泡20～60min后制得。
真空条件下加热固化的条件可以为在60～100℃下真空固化1～3h，具体可以根据材料情况调整，实现固化即可。
步骤S4：
炉冷后揭下具有微纳周期结构的柔性基底，在柔性基底的微纳周期结构上依次形成金属反射层和吸收层，得到激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜。
本步骤可以根据所需沉积的金属反射层和吸收层材料及厚度选用合适的膜层制备方法，例如磁控溅射沉积、化学气相沉积、蒸发沉积等。
本发明通过对基底表面进行硅烷化处理来制备柔性基底，具有工艺简单、制备周期短、可大面积制备并且成本低的优点。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例的微纳周期结构是由正交光栅的棋盘状布局组成，每5个光栅为一组进行正交棋盘分布以形成谐振相位超表面，单个光栅的周期为4.5μm、宽1.38μm、高2.6μm，如图1所示。在具有上述正交光栅的柔性基底上依次采用磁控溅射沉积50nm金膜作为金属反射层以及包括锗膜16nm、钛膜25nm和锗膜28nm的3层膜作为吸收层。
其中，具有上述微纳周期结构的柔性基底制备过程为：
在硅片上光刻得到微结构，该微结构具有与上述微纳周期结构相对应的反图案；将聚三甲基氯硅烷对与带有微结构的硅片放置在真空干燥器中放置30min进行硅烷化处理，随后取出用酒精冲洗并用氮气吹干备用；按照10:1.5的配比混合聚甲基硅氧烷(PDMS)和固化剂，混合均匀后真空除泡30min；将混合好的液态PDMS倒在硅烷化的硅片表面，随后在80℃真空固化2h；炉冷后揭下固化好的具有上述微纳周期结构的柔性基底。
如图2、3所示，本实施例所加工的柔性电磁功能薄膜在1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的反射率分别为0.019、0.055、0.1；如图3所示，其在3μm～14μm的红外波段平均镜面反射率为0.21；如图4所示，其在3μm～14μm的红外波段平均发射率为0.13。
实施例2
本实施例所设计的微纳周期结构也是由正交光栅的棋盘状布局组成，每5个光栅为一组进行正交棋盘分布以形成谐振相位超表面，单个光栅的周期为4.5μm、宽1.4μm、高2.4μm。以50nm银膜作为金属反射层，以140nm的Fe3O4层作为吸收层。
具有上述微纳周期结构的柔性基底制备方法与实施例一致。
如图5所示，在TE极化下1.064μm、1.55μm激光波长的反射率仿真计算结果分别为0.043、0.022，在TM极化下1.064μm、1.55μm激光波长的反射率仿真计算结果分别为0.055、0.011；如图6所示，10.6μm激光波长的反射率仿真计算结果为0.002，同时在8μm～14μm的红外波段平均镜面反射率仿真计算结果为0.116；如图7所示，其在8μm～14μm的红外波段TE和TM极化下平均发射率仿真计算结果分别为0.031、0.1。
上述两个实施例表明，本发明所设计制备的柔性电磁功能薄膜在1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的反射率均小于0.1，实现了激光雷达的低可探测；同时在中远红外波段具有小于0.15的发射率，也具有中远红外波段低探测性。这证明了本发明的薄膜能够同时实现多激光波段和红外的兼容电磁调控，为该领域的材料设计提供了新思路；此外还具备柔性，可以大批量低成本地生产，易于规模化生产和应用。
此外，本发明还分别采用了SEMS和硅橡胶柔性基底、铝金属反射层和铜金属反射层、ZnS/Ti/ZnS光子晶体吸收膜层和Al2O3/W/Al2O3光子晶体吸收膜层制备得到的不同柔性电磁功能薄膜进行了仿真计算，结果显示所得薄膜均在中远红外波段(3～14μm)有低的发射率且在1.06μm、1.55μm和10.6μm这几个激光主要探测波长有低的反射率，能够实现中远红外波段(3～14μm)和1.064μm、1.55μm和10.6μm三个激光波长的低可探测。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，其特征在于，包括：
柔性基底，表面具有微纳周期结构；
金属反射层，形成在所述微纳周期结构上并与所述柔性基底形成相位超表面，以通过相位梯度调控第一激光的散射方向；
吸收层，形成在所述金属反射层上，以单独或者与所述金属反射层共同吸收第二激光，并与金属反射层配合实现中远红外波段的低发射率。
2.根据权利要求1所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，其特征在于，所述柔性基底的材料包括聚甲基硅氧烷、SEBS和硅橡胶中的一种，柔性基底的厚度为0.1～2mm。
3.根据权利要求1所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，其特征在于，所述金属反射层的材料包括金、银、铝和铜中的一种，金属反射层的厚度大于所述材料的趋肤深度。
4.根据权利要求1所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，其特征在于，所述第一激光包括波长为10.6μm的激光，所述微纳周期结构基于所述第一激光的散射方向调控需求设计得到。
5.根据权利要求4所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，其特征在于，所形成的相位超表面为几何相位超表面或谐振相位超表面，以产生所述相位梯度。
6.根据权利要求1所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，其特征在于，所述吸收层为单层本征吸收膜层或多层光子吸收膜层。
7.根据权利要求6所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，其特征在于，所述单层本征吸收膜层的材料包括Fe3O4和InAs中的一种，所述多层光子吸收膜层包括Ge/Ti/Ge光子晶体吸收膜层、ZnS/Ti/ZnS光子晶体吸收膜层和Al2O3/W/Al2O3光子晶体吸收膜层中的一种。
8.根据权利要求1所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜，其特征在于，所述第二激光包括波长为1.064μm的激光和波长为1.55μm的激光，所述中远红外波段的波长范围为3～14μm，其中，所述吸收层在中远红外波段无损耗且所述金属反射层具有低红外辐射特性。
9.如权利要求1至8中任一项所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1，在基底上光刻制备微结构，所述微结构具有与所述微纳周期结构相对应的反图案；
步骤S2，采用聚三甲基氯硅烷对具有微结构的基底表面进行硅烷化处理；
步骤S3，将混合有固化剂的液态聚甲基硅氧烷倒在步骤S2处理好的基底表面，真空条件下加热固化；
步骤S4，炉冷后揭下具有微纳周期结构的柔性基底，在柔性基底的微纳周期结构上依次形成金属反射层和吸收层，得到所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜。
10.根据权利要求9所述激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜的制备方法，其特征在于，所述基底为硅片；所述硅烷化处理为将具有微结构的基底放置于真空干燥器中30～120min并利用聚三甲基氯硅烷干法沉积形成分子膜；所述混合有固化剂的液态聚甲基硅氧烷为按照10:1～3的质量比混合液态聚甲基硅氧烷与固化剂，混合均匀后真空除泡20～60min后制得；固化条件为60～100℃下真空固化1～3h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210914307.7A CN115113316B (zh) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210914307.7A CN115113316B (zh) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115113316A true CN115113316A (zh) | 2022-09-27 |
| CN115113316B CN115113316B (zh) | 2023-08-11 |
Family
ID=83334998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210914307.7A Active CN115113316B (zh) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115113316B (zh) |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104078526A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-10-01 | 电子科技大学 | 集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元及制备方法 |
| US20140355639A1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-12-04 | Indian Institute Of Technology | Metamaterial structures for q-switching in lasers |
| CN106092334A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-11-09 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种基于碳纳米红外吸收层的红外探测器 |
| CN107608011A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-19 | 电子科技大学 | 一种柔性红外超材料的制备方法 |
| EP3291283A1 (fr) * | 2016-09-05 | 2018-03-07 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Surface d'emission de rayonnement infrarouge ir a emissivite thermique elevee et a grande duree de vie et son procede de fabrication |
| CN108710164A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-26 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 红外宽带减反射微结构及其制备方法 |
| CN110703369A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-17 | 浙江大学 | 基于选择性吸收与辐射纳米结构的光波段多功能隐身材料 |
| CN111367000A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-03 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种同时实现激光低反射、红外低辐射与微波高吸收的层状结构 |
| WO2020165448A1 (fr) * | 2019-02-15 | 2020-08-20 | Université D'aix-Marseille | Métasurfaces optiques, procédés et systèmes de fabrication associés |
| US20200303826A1 (en) * | 2019-03-18 | 2020-09-24 | Lumotive, LLC | Tunable liquid crystal metasurfaces |
| US20200343416A1 (en) * | 2019-04-26 | 2020-10-29 | Lumileds Llc | High brightness leds with non-specular nanostructured thin film reflectors |
| CN113008081A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-22 | 合肥工业大学 | 一种基于相变材料超表面的多波段可调的热伪装兼容10.6μm激光伪装设备 |
| US20210302763A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-09-30 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Ultra-fast optical modulation and ultra-short pulse generation based on tunable graphene-plasmonic hybrid metasurfaces |
| CN113917763A (zh) * | 2020-07-10 | 2022-01-11 | 南开大学 | 一种基于光泵浦石墨烯-介质复合超表面的太赫兹放大器 |
| CN114185117A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-15 | 中国运载火箭技术研究院 | 一种多波段兼容隐身膜系结构及其制备方法 |
| CN114454584A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-10 | 山东中科安盾新材料有限公司 | 透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料及其制备方法 |
| CN114628914A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-14 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种双波段激光低反射的多功能材料结构 |
-
2022
- 2022-08-01 CN CN202210914307.7A patent/CN115113316B/zh active Active
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140355639A1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-12-04 | Indian Institute Of Technology | Metamaterial structures for q-switching in lasers |
| CN104078526A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-10-01 | 电子科技大学 | 集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元及制备方法 |
| CN106092334A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-11-09 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种基于碳纳米红外吸收层的红外探测器 |
| EP3291283A1 (fr) * | 2016-09-05 | 2018-03-07 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Surface d'emission de rayonnement infrarouge ir a emissivite thermique elevee et a grande duree de vie et son procede de fabrication |
| CN107608011A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-19 | 电子科技大学 | 一种柔性红外超材料的制备方法 |
| CN108710164A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-26 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 红外宽带减反射微结构及其制备方法 |
| WO2020165448A1 (fr) * | 2019-02-15 | 2020-08-20 | Université D'aix-Marseille | Métasurfaces optiques, procédés et systèmes de fabrication associés |
| US20200303826A1 (en) * | 2019-03-18 | 2020-09-24 | Lumotive, LLC | Tunable liquid crystal metasurfaces |
| US20200343416A1 (en) * | 2019-04-26 | 2020-10-29 | Lumileds Llc | High brightness leds with non-specular nanostructured thin film reflectors |
| CN110703369A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-17 | 浙江大学 | 基于选择性吸收与辐射纳米结构的光波段多功能隐身材料 |
| US20210302763A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-09-30 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Ultra-fast optical modulation and ultra-short pulse generation based on tunable graphene-plasmonic hybrid metasurfaces |
| CN111367000A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-03 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种同时实现激光低反射、红外低辐射与微波高吸收的层状结构 |
| CN113917763A (zh) * | 2020-07-10 | 2022-01-11 | 南开大学 | 一种基于光泵浦石墨烯-介质复合超表面的太赫兹放大器 |
| CN113008081A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-22 | 合肥工业大学 | 一种基于相变材料超表面的多波段可调的热伪装兼容10.6μm激光伪装设备 |
| CN114185117A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-15 | 中国运载火箭技术研究院 | 一种多波段兼容隐身膜系结构及其制备方法 |
| CN114454584A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-10 | 山东中科安盾新材料有限公司 | 透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料及其制备方法 |
| CN114628914A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-14 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种双波段激光低反射的多功能材料结构 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| HUANG, JINGKAI等: "Large-Area and Flexible Plasmonic Metasurface for Laser-Infrared Compatible Camouflage", LASER & PHOTONICS REVIEWS, no. 17, pages 1 - 9 * |
| XIE, XIN等: "Dual-band and ultra-broadband photonic spin-orbit interaction for electromagnetic shaping based on single-layer silicon metasurfaces", PHOTONICS RESEARCH, vol. 7, no. 5, pages 586 - 593 * |
| 周磊: "图案化柔性超材料的光学手性研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库, pages 020 - 927 * |
| 朱桓正: "基于热辐射光谱调控的红外隐身技术", 中国博士学位论文全文数据库信息科技辑, pages 135 - 55 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115113316B (zh) | 2023-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | A stretchable terahertz parabolic‐shaped metamaterial | |
| CN112255715B (zh) | 一种基于超薄金属薄膜实现宽带光吸收增强的方法及吸波装置 | |
| CN105951049B (zh) | 一种具有纳米级间隙的金属颗粒制造方法 | |
| Yan et al. | Ultranarrow dual-band perfect absorption in visible and near-infrared regimes based on three-dimensional metamaterials for ultrahigh-sensitivity sensing | |
| CN108802862A (zh) | 一种基于石墨烯超表面的反射式圆极化平面超透镜 | |
| CN111045121B (zh) | 一种偏振控制的表面等离激元双功能超表面及其设计和制备方法 | |
| Yao et al. | Nanoimprint lithography: an enabling technology for nanophotonics | |
| CN109901257A (zh) | 一种可见光超材料偏振转换器 | |
| CN111025463B (zh) | 一种三维集成超表面器件、其制备方法及应用 | |
| Shi et al. | Optical and electrical characterization of pure PMMA for terahertz wide-band metamaterial absorbers | |
| CN108897087A (zh) | 一种可提高非对称传输的纳米结构及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Metal–insulator–metal waveguide structure coupled with T-type and ring resonators for independent and tunable multiple Fano resonance and refractive index sensing | |
| McLamb et al. | Metasurfaces for the infrared spectral range fabricated using two-photon polymerization | |
| CN107037505B (zh) | 一种基于可变表面方阻的可调谐超材料结构及其制备方法 | |
| CN115113316A (zh) | 激光红外兼容的柔性电磁功能薄膜及其制备方法 | |
| CN114815009A (zh) | 通过引入附加相位调控变焦超透镜焦距范围的方法 | |
| CN108732672A (zh) | 一种光学滤波器结构及其制备方法和透射特性的调节方法 | |
| Kim et al. | Enhancement in the extinction ratio of a wire grid polarizer in the mid-wavelength infrared range via hot electron diffused cold-annealing | |
| CN109116687B (zh) | 一种超分辨光刻的光生成器件 | |
| Wang et al. | Theoretical fabrication of subwavelength structures by surface plasmon interference based on complementary grating | |
| CN113325495B (zh) | 一种基于三重米氏共振的超宽带超表面完美吸收器 | |
| CN112038776B (zh) | 一种可拉伸弹性十字超材料的制备方法 | |
| CN115202080A (zh) | 一种宽带高效的太赫兹偏振选择柔性超表面器件 | |
| CN114624209A (zh) | 基于介质超表面偏振转换的折射率传感器 | |
| Zhong | Tunable broad-band perfect absorber by exciting of local surface plasma modes resonances at terahertz frequency |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |