基于金属银、钼的红外隐身材料的制备与性能研究.pdf

摘要

随着各种探测技术的迅速发展，隐身技术在现代军事领域中扮演着越来越重要的角

色。对于在红外波段工作的探测器，红外隐身的主要目的是尽可能的减小目标的红外辐

射出射度（红外特征），从而减小目标与背景之间的辐射温度的差值。光谱选择性辐射红

外隐身材料作为一种新型红外隐身材料，受到众多研究人员的关注。该材料能够同时从

降低目标物体表面发射率与目标物体表面温度两方面实现红外辐射出射度的降低，有效

的解决了低发射率材料由于辐射强度降低而造成的无法有效散热的问题，更好的实现红

外隐身，为红外隐身材料的设计提供了一种新的思路。

金属Ag在2.5-25μm红外波段具有较大的消光系数、高反射率和高电导率，具有

优越的光学特性和电学特性，并且金属Ag的成膜效果好，在与介质类材料组成膜层时，

很少会因为材料之间的应力不匹配导致膜层脱落。本文以Ag为金属层，高折射率介质

材料Ge、PbSe和低折射率介质材料AlO、ZnS作为介质层，红外高透过率材料Si作

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为保护层，依据金属薄膜的隧道效应和阻抗匹配原理，分别设计了两组基于金属银的红

外隐身薄膜：Ag/PbSe/AlO/Ag/Si薄膜和Ag/Ge/ZnS/Ag/Si薄膜。使用电子束蒸发镀膜

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仪分别制备了两组样品，并对样品的光谱发射率进行测试和分析。结果表明，

Ag/PbSe/AlO/Ag/Si薄膜在降低物体表面发射率的同时，能够实现有效散热，在非大气

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窗口5-8μm波段的平均发射率高达0.79。Ag/Ge/ZnS/Ag/Si薄膜在3-5μm和8-14μm波

段范围内，始终能够保持较低的红外发射率（3-5μm波段的平均发射率为0.15，8-14μm

波段的平均发射率为0.16）。此外，在红外相机下，同一背景温度下两组薄膜的表面温

度远远低于Si基底的表面温度。表明所设计的两组薄膜具有光谱选择性辐射功能和较

好的红外隐身效果。

为了提高薄膜的耐高温性能，选择高熔点金属材料代替金属Ag进行设计。金属钼

（Mo）具有较大的消光系数，并且金属Mo的熔点高达2620℃，具有较好的耐高温性。

本文选用金属钼和硫化锌介质材料，设计并制备了一种能够用于高温红外隐身的

Mo/ZnS/Mo/ZnS薄膜。使用电子束蒸发镀膜仪制备了Mo/ZnS/Mo/ZnS高温红外隐身薄

膜，并对其光谱发射率进行测试和分析。测试结果表明，当背景温度达到500℃时，薄

膜在3-5和8-14μm波段仍能够保持较低的发射率。除此之外，当背景温度为500℃时，

硅片表面的温度为418.2℃，样品表面的实际温度为203.7℃，二者之间相差214.5℃。

表明该薄膜在高温条件下具有较好的红外隐身效果。

最后，基于表面等离激元共振和磁谐振，通过COMSOLMultiphysics仿真软件构建

了几何模型，设计了一种基于高温金属Mo的Mo-MgF-Mo圆盘结构，该结构在3-5μm、

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8-14μm波段的平均发射率均低于0.1，在5-8μm波段的平均发射率高于0.8。详细分析

了结构中的各个参数对其红外辐射特性的影响，并对结构进行优化设计，确定最终参数。

使用COMSOLMultiphysics软件模拟了Mo-MgF-Mo圆盘结构内部的电场和磁场，并

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根据模拟结果详细分析了其工作原理。通过计算得到不同入射角下Mo-MgF-Mo圆盘结

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构的吸收光谱。结果表明，当入射角小于40°时，该结构均能在TE和TM两种偏振模

式下保持低光谱发射率，验证了该结构对角度的不敏感性，确保其红外隐身性能。

关键词：光谱选择性辐射，红外隐身，薄膜，膜层设计，光谱发射率

ABSTRACT

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