薄层热致变色可变发射率材料国内外研究现状
时间:2017-06-19 22:30 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 钙钛矿锰氧化物La1-xAxMnO3(A=Ca/Sr)是一种热致变色涂层材料，基于金属-绝缘转变原理，可根据外界温度自主改变自身的发射率。目前，关于热致变色功能薄膜材料的制备方法和掺杂浓度对其辐射特性和转变温度的影响，国内外学者都进行了积极的研究。日本NEC公司标准陶瓷加工工艺已经研制出了基于两种材料的陶瓷贴片式智能型辐射器件(SRD)，其具体组分为10410La0.825Sr0.175MnO3和La0.7Ca0.3MnO3，样品的厚度只有200μm。随后日本NTS公司研制出了两种温度可变发射率智能型热控材料，10410 La1-xSrxMnO3 和La1-xCaxMnO3，用于科学卫星MUSES-C上。 Atsushi Ochi[27]分别采用了传统陶瓷加工工艺法和丝网印刷工艺法制备了不同厚度的(La,Sr)MnO3陶瓷基片和(La,Sr)MnO3薄膜。陶瓷加工工艺法制备的陶瓷基片厚度为70μm时，重量为450gr/m2。图1.6所示为制备成的陶瓷贴片式智能型辐射器件(SRD)。丝网印刷工艺法是将组分优化材料的介电粉末与松油醇和乙基纤文素混合制成丝网印刷，印制在PSZ基底上，后在1200℃的温度下退火。制备的陶瓷薄膜的厚度为20μm， 图1.6 陶瓷贴片式智能型辐射器件（SRD） 沉积的PSZ基底50μm时，总重量仅为420gr/m2。这两种方法制备的陶瓷贴片式智能型辐射器件(SRD)与当前使用的热控百叶窗（5000gr/m2）相比在质量上具有很大优势。制备工艺不同，相转变温度也有所不同，对于x=0.175组分的这两种器件，通过陶瓷工艺法和丝网印刷法制备的器件相转变温度分别为290K和320K。另外，文献中还得到了如图1.7所示的陶瓷基片和薄膜的半球发射率随温度的变化规律，从图中可以看出这两种材料做为航天器智能型热控器件的良好前景。 图1.7 智能型热控器件SRD的总的半球发射率随温度的变化关系 另外，日本学者Y.Shimakawa[28]采用溶胶-凝胶法在ZrO2基底上制备了 (La，Sr)MnO3 薄膜，并在900℃条件下退火处理。文中研究了不同组分的薄膜材料发射率随温度的变化曲线及组分La0.9Sr0.1MnO3、La0.825Sr0.175MnO3 不同薄膜厚度的膜材料发射率随温度的变化关系，并初步确定其组分为La0.825Sr0.175MnO3、最小膜厚1500nm薄膜可作为制备可变发射率薄膜器件，它的质量仅为10.2g/m2(不考虑基底质量)，与200μm陶瓷贴片式SRD(1300g/m2)相比，其质量更小一些。Jiang.X 等[29]通过激光辅助沉积法(PLD)在石英和金属基底上制备了150nm的La1-xSrxMnO3薄膜，对于组分La0.825Sr0.175MnO3，与烧结法性比，相变温度不太明显，发射率调控范围略有降低。印度的Dipti Ranjan Sahu[30]通过直流磁控溅射法在Si(100)上沉积了La0.7Sr0.3MnO3薄膜，研究了基底温度变化对LSMO薄膜的结构和磁阻效应的影响，得出LSMO薄膜在沉积温度为650℃时结晶化程度最高。 目前，国内科研人员也对钙钛矿锰氧化物的相关性能进行了研究。 B．F．Yu等[31]探究了钙钛矿型锰氧化物的巨磁阻效应和磁制冷机理。G．Tang等[32]采用固相反应法制备了La1-xSrxMnO3 化合物，对于组分La0.825Sr0175MnO3在(173K-373K)范围内，总的半球发射率随温度的增加从0.38单调增加到0.754，并运用了相分离模型解释了εH随温度的变化关系。李强等[33-34]采用固相反应法制备了La1-xSrxMnO3 (x=0.1，0.175，0.3) 和La0.75Ca0.25-xSrxMnO3 (x=0.075，0.125，0.15)以及La0.7Ca0.3-xSrxMnO3 (x=0，0.05，0.1，0.15)一系列样品，并揭示了材料的辐射特性随不同组分的掺杂浓度及掺杂元素的变化关系。随后又研究了晶粒尺度对热致变色材料辐射特性的影响[35]。对于自身高太阳吸收率的问题，为此，又作了削弱热致变色材料La0.7Ca0.2Sr0.1MnO3的太阳吸收率的相关研究[36]。文献中使用模拟退火遗传算法设计了光学薄膜，并通过电子束蒸发技术将该薄膜沉积在LCSMO表面。实验结果得出薄膜系统的太阳吸收率相比于纯LCMSO而言要小很多，在短波范围内从0.78减小到0.28， 在长波范围内透射率为0.87。 (责任编辑：qin) |