薄层热致变色材料辐射特性研究(5)
1．4 论文的研究意义和主要工作
钙钛矿锰氧化物材料具有独特的相转变特性，在低于相转变温度时，呈现铁磁金属特征，当高于相转变温度时，呈现顺磁绝缘体状态，利用这种相变特性可以制备红外发射率随温度自主变化的智能型热控涂层。然而，与钙钛矿锰氧化物材料的微结构、磁性以及磁熵变特性等方面的研究相比，目前国内外关于热致变色功能材料表面的辐射特性研究还很少，涂层材料的制备方法及发射率特性方面的研究也更少涉及，且由于衬底应力的影响和氧气不足的缺陷，很难使薄膜材料达到块状材料相同的性质，因此探究薄膜材料的合理的制备工艺及其辐射特性研究对制备新型的热控涂层有重要意义。
本论文主要开展以下几个方面内容的研究：
(1)以La0.7Ca0.165Sr0.135MnO3钙钛矿锰氧化物块状材料为靶材，采用磁控溅射技术在石英玻璃和铝合金衬底上制备热致变色薄膜材料，并对制得的样品进行XRD、AFM表征，并分析其晶体结构，结晶状况及表面形貌，分析了不同的制备参数下对薄膜的结晶状况的影响。
(2)对沉积的薄层热致变色薄膜材料进行辐射特性测试，获取发射率随温度的变化关系， 并与块状材料可变发射率特性进行比较。
(3)从制备环节的各个工艺出发，对射频磁控溅射沉积薄膜过程中靶材碎化的现象进行了分析，并提出了一些改进的方法。
2 热致变色薄膜样品的制备方法及表征
2．1 薄膜样品制备方法简述
镀膜的方法有很多，按膜层形成的方法来看，分为干式镀膜和湿式镀膜。在干式中，有以真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀为代表的物理气相沉积(PVD)方法和化学气相沉积(CVD)等；在湿式中有电镀、化学镀、阳极氧化、LB技术、溶胶一凝胶以及厚膜印刷法等[39]。对于锰酸镧材料薄层样品的主要方法有磁控溅射(magnetron sputtered)、等离子喷涂(Plasma Deposition)、脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、溶胶－凝胶(Sol-gel)以及丝网印刷(Screen-printed)等[40]。
2.1.1 磁控溅射法[41]
磁控溅射技术是在普通直流(射频)溅射技术的基础上发展起来的。早期的直流(射频)溅射技术是利用辉光放电产生的离子轰击靶材来实现薄膜沉积的。磁控溅射技术则在真空室充入压力为0.1Pa～l0Pa的惰性气体(Ar)的同时，在被溅射的靶极(阳极)与阴极之间增加了一个与电场正交的磁场。惰性气体在异常辉光放电产生的等离子体在电场的作用下，对阴极靶材表面进行轰击，将从靶材表面溅射出来的分子、原子、离子及电子等，以一定的动能和方向射向基体表面，在基体表面形成镀层。磁控溅射法能够实现低温(指靶的温升低、基片的温升低)、低损伤(对基片及膜层的损伤小)、低工作气压(10-2Pa)等)、高沉积速率(可超过真空蒸镀)的薄膜沉积。膜层质量好，适合于大面积的连续化生产。
磁控溅射法主要优点是工艺比较成熟，沉积温度较低，能够大面积沉积，可获得外延膜。但这种方法沉积膜速率较慢，成分和结构的均匀性比较难于控制。
2.1.2 等离子喷涂[42]
等离子喷涂是利用等离子火焰来加热熔化喷涂粉末使之形成涂层的。等离子喷涂工作气体常用Ar或N2，再加入5%～10%的H2，气体进入电级腔的弧状区后，被电弧加热离解形成等离子体。其中心温度高达15000K以上，经孔道高压压缩后呈高速等离子射流喷出。喷涂粉末被送粉气体载入等离子焰流，很快呈熔化或半融化状态，并高速喷打在经过粗化的洁净零件表面，产生塑性变形，粘附在零件表面。各溶滴之间依靠塑性变形而相互钩接，从而获得结合良好的层状致密涂层。
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