【摘 要】
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红外辐射的动态调控一直是红外辐射研究的一个重要方向。红外辐射特性调控材料在光、热、电等外场激励下,可通过红外发射率谐调、红外波段调制等途径实现对于红外响应波段、发射率和反射率的可逆调控,进而实现其红外辐射特性可控调制。然而,有效的红外辐射动态调控手段至今仍是科学研究中急需解决的难题,有着普遍的科学意义和广泛的应用价值。为此,本论文对提出的基于离子液-石墨烯插层材料的红外辐射动态调控方法进行了研究以
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红外辐射的动态调控一直是红外辐射研究的一个重要方向。红外辐射特性调控材料在光、热、电等外场激励下,可通过红外发射率谐调、红外波段调制等途径实现对于红外响应波段、发射率和反射率的可逆调控,进而实现其红外辐射特性可控调制。然而,有效的红外辐射动态调控手段至今仍是科学研究中急需解决的难题,有着普遍的科学意义和广泛的应用价值。为此,本论文对提出的基于离子液-石墨烯插层材料的红外辐射动态调控方法进行了研究以及优化,并制备了红外辐射动态调控器件。具体研究内容有以下几个方面:1.石墨烯的转移与表征利用三氯化铁饱和溶液将化学气相沉积(CVD)法生长在镍基底上的多层石墨烯进行基底刻蚀,再转移到多孔Celgard膜上,并制备离子液-石墨烯插层材料。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪等研究离子液体插层对石墨烯晶格结构、电学特性和光学特性的影响,分析插层调控石墨烯物理特性的过程与机理。此外,本论文制备了由离子液-石墨烯插层材料与Au全反射衬底构建的红外辐射/反射动态调控图案样品,由25个“像素”单元组成,并将想改变红外特性的小单元用小块石墨烯连接起来(石墨烯具有优良的导电性能)。2.离子液-石墨烯插层材料的红外辐射动态调控器件的设计与测试将离子液体渗透到转移好的多层石墨烯/多孔Celgard膜样品的多孔膜中,再贴合到镀有金的硅基底上,在多层石墨烯与Au膜两端加上电极,得到多层石墨烯/多孔Celgard膜+离子液/Au膜三明治结构的样品。通过调节石墨烯与Au两电极的电压,使离子液体插层到多层石墨烯中。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测试不同插层状态下离子液-石墨烯插层材料表面反射率的变化情况,研究离子液体插层影响石墨烯费米面、载流子浓度、电子带内与带间跃迁的情况。利用红外热像仪探测基于离子液-石墨烯插层材料的红外辐射动态调控器件的红外热像图,分析其表面温度随离子液插层状态的变化情况,通过计算分析离子液-石墨烯插层材料表面的发射率与电压的关系,并进一步分析红外辐射样品的动态调控响应时间和可重复性等。此外,图案样品的设计实现了图案的适应性,石墨烯的转移和器件制备工艺上得到了优化与加强。3.离子液-石墨烯插层材料的红外反射动态调控器件的设计与测试研究基于离子液-石墨烯插层材料的红外反射特性。将制备的石墨烯插层材料样品与黑体辐射源相结合构建红外反射系统。利用红外热像仪探测基于离子液-石墨烯插层材料的红外反射动态可调器件的红外热像图,分析其反射温度随离子液插层状态的变化情况,并通过计算分析离子液-石墨烯插层材料表面的反射率与电压的关系,再进一步分析红外反射样品的动态调控响应时间和可重复性等。同时,图案样品在黑体辐射源的辐射下,利用红外热像仪探测图案样品表面反射温度随电压的变化情况。
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