專利名稱：在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法
技術領域：
本發明涉及新材料技術領域和儀器儀表技術領域，是一種在遠紅外與太赫茲波段的高吸收率材料和太赫茲輻射計探測器靶面材料，特別是一種在太赫茲波段具有寬帶(覆蓋頻率大于0.05THZ以上頻段，對應波長小于6mm)高吸收率(吸收率可高達99.9% )涂層的制備方法。
背景技術：
太赫茲是指頻率位于0.1-1OTHz的電磁輻射，在電磁波譜上位于光學的紅外和電磁學的毫米波之間的帶隙。長期以來，由于缺乏有效的產生和測量技術，太赫茲成為電磁波譜中人類有待認識的最后一個窗口。隨著光學與電子學技術的發展，各類商品化的太赫茲輻射源、太赫茲探測器、太赫茲光譜儀、太赫茲成像儀不斷涌現。目前太赫茲技術已廣泛應用于材料成分識別、生物樣品測試、食品安全檢查、藥品成分分析、疾病預防篩查、天文觀測和環境監測等領域。然而太赫茲輻射參數的絕對計量卻長期處于空白狀態。國際上的太赫茲源和測量設備量值無法溯源，測量準確度和有效性無法評估。2009年，德國國家計量院的AndreasSteiger等將太赫茲輻射量值溯源至低溫輻射計，在國際上首次實現了 2.5THz頻率處太赫茲輻射度的量值溯源。可是由于低溫輻射計吸收腔在太赫茲波段的腔體吸收率不確定度為7 %，最終給出的合成不確定度為7.3% (包括因子k= I)。2011年,美國標準技術研究院的John Lehman等報導了一種垂直生長的碳納米管陣列材料。利用1.5mm高的碳納米管陣列在0.76THz頻率處實現了 99%的吸收。然而，他們只給出了 0.76THz頻率處的測量結果，太赫茲在其他頻率的輻射計量仍然無法解決。另夕卜，碳納米管制備工藝復雜、生長條件苛刻、熱平衡時間長且易碎，導致了這種材料的應用受到限制。本發明介紹一種制備簡單、對基底要求低、可大面積、快速制備、可噴涂成腔形結構的涂層材料，在(0.1-2.5)THz頻段的吸收率達到99%以上，吸收寬帶覆蓋頻率大于
0.05THz以上頻段，對應波長小于6mm，適合用于寬波段范圍內太赫茲輻射的絕對計量。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，該方法具有制備簡單、吸收率高、吸收帶寬寬的涂層材料，通過混合碳化硅顆粒和黑漆涂層，實現了頻率大于0.05THz (對應波長小于6mm)的電磁輻射的寬波段全吸收，該涂層可用于太赫茲波段輻射強度的絕對測量和目標在太赫茲波段的隱身。本發明提供(不用管)本發明具有以下優點:(I)吸收率高:吸收率可高達99.9%以上。(2)吸收帶寬寬:可吸收頻率大于0.05THz的電磁輻射，對應波長小于6mm的電磁輻射。(3)在可見光波段吸收率高:在可見光波段的吸收率高達99%以上。(4)便于量值溯源:基于該涂層的輻射計輻射度量值可直接溯源至國家激光功率基準。(5)加工制備簡單:可直接噴涂或敷涂在目標物體表面。(6)對基底材料要求低:基底材料可以是任何固態物體，包括金屬、非金屬、半導體或塑料。(7)對基底形狀要求低:基底可以是平面形、曲面形或腔形等各種形狀。(8)熱導率高:涂層傳熱快，基于該涂層的輻射計熱平衡時間短。
為進一步說明本發明的技術特征，結合以下附圖，對本發明作一詳細的描述，其中:圖1為本發明的制備方法的流程圖；圖2為利用反射式太赫茲光譜儀測量的太赫茲波段寬波段高吸收率涂層反射率的測量結果。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發明提供一種在太赫茲波段具有寬帶高吸收率的涂層的制備方法，包括如下步驟:步驟1:取碳化硅顆粒和黑漆涂料，其中所述的碳化硅顆粒的比例為5% -30%，其中所述的黑漆涂料的比例為70% -95%。所述的碳化硅顆粒的直徑為I Pm至1000 iim，所述的碳化硅顆粒包括無色碳化硅顆粒、黑碳化硅顆粒或綠碳化硅顆粒，或及其組合；所述的黑漆涂料包括3M黑漆涂料、碳納米粉黑漆涂料、EPC-2200黑漆涂料、Chemglaze黑漆涂料或Martin Black黑漆涂料,或及其組合；步驟2:將碳化娃顆粒和黑漆涂料混合，并攬祥均勾；其中在混合后的碳化娃顆粒和黑漆涂料中添加有固化劑或導熱劑輔助材料；步驟3:將混合后的碳化娃顆粒和黑漆涂料嗔涂在基底材料的表面，所述的基底材料是任何形狀的固態物體，包括金屬、非金屬、半導體、塑料、熱電偶、溫度傳感器或熱電探測器，所述的噴涂是指用噴槍噴涂、敷涂、刷涂或濺射，或及其組合；步驟4:將噴涂有混合后的碳化硅顆粒和黑漆涂料的基底材料晾干或烘干，所述的晾干為自然干燥；烘干為電加熱干燥，電加熱干燥的溫度為50-200°C，完成制備。圖2為利用自主研制的反射式太赫茲光譜儀測量本發明制備的涂層樣品材料在太赫茲波段下的光譜反射率，其中粗實線為基底材料反射率的測量結果，細虛線為光譜儀的系統本底噪聲，即測量的下限。從圖中可以看出混合涂層的吸收帶寬擴展到0.05THZ以上的頻段(對應波長小于6mm以下)。在0.05-0.2THz的反射率約為2%，0.2-0.5THz的反射率約為0.3%,0.5-2THz的反射率小于0.1 %。2THz以上的反射率仍然很低，與系統本底噪聲一致。該涂層噴涂在金屬基底上，選擇金屬作為涂層的基底是因為金屬在太赫茲波段具有較高的反射率。太赫茲不能穿透金屬，因此I減去測量的反射率為樣品在太赫茲波段的吸收率。因而測量結果表明涂層在太赫茲波段具有極高的吸收率。我們利用積分球的方法測量了涂層在633nm氦氖激光器波長下的吸收率。測量結果表面涂層在633nm波長的吸收率為99.021 %。這說明該涂層在可見光波段仍然具有極好的吸收，因此，可以將太赫茲的輻射功率量值溯源至激光小功率國家基準上。利用在氦氖激光下標定的響應度量值作為太赫茲功率響應度量值。以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離以下所附權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落入本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，包括如下步驟: 步驟1:取碳化硅顆粒和黑漆涂料； 步驟2:將碳化娃顆粒和黑漆涂料混合； 步驟3:將混合后的碳化硅顆粒和黑漆涂料噴涂在基底材料的表面； 步驟4:將噴涂有混合后的碳化硅顆粒和黑漆涂料的基底材料晾干或烘干，完成制備。
2.根據權利要求1所述的在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，其中所述的碳化硅顆粒的比例為5% -30%，黑漆涂料的比例為70% -95%。
3.根據權利要求2所述的在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，其中所述的碳化娃顆粒的直徑為I U m至1000 u m。
4.根據權利要求3所述的在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，其中所述的碳化硅顆粒包括無色碳化硅顆粒、黑碳化硅顆粒或綠碳化硅顆粒，或及其組合。
5.根據權利要求2所述的在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，其中所述的黑漆涂料包括3M黑漆涂料、碳納米粉黑漆涂料、EPC2200黑漆涂料、Chemglaze黑漆涂料或Martin Black黑漆涂料,或及其組合。
6.根據權利要求1所述的在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，其中所述的噴涂包括噴槍噴涂、敷涂、刷涂或濺射，或及其組合。
7.根據權利要求1所述的在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，其中所述的晾干為常溫自然干燥；烘干為電加熱干燥，電加熱干燥的溫度為50-200°C。
8.根據權利要求1所述的在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，其中在混合后的碳化硅顆粒和黑漆涂料中添加有固化劑或導熱劑輔助材料。
9.根據權利要求1所述的在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，其中所述的基底材料是任何形狀的固態物體，包括金屬、非金屬、半導體、塑料、熱電偶、溫度傳感器或熱電探測器。
全文摘要
一種在太赫茲波段具有寬帶高吸收率涂層的制備方法，包括如下步驟步驟1取碳化硅顆粒和黑漆涂料；步驟2將碳化硅顆粒和黑漆涂料混合；步驟3將混合后的碳化硅顆粒和黑漆涂料噴涂在基底材料的表面；步驟4將噴涂有混合后的碳化硅顆粒和黑漆涂料的基底材料晾干或烘干，完成制備。本發明具有制備簡單、吸收率高、吸收帶寬寬的涂層材料，通過混合碳化硅顆粒和黑漆涂層，實現了頻率大于0.05THz(對應波長小于6mm)的電磁輻射的寬波段全吸收，該涂層可用于太赫茲波段輻射強度的絕對測量和目標在太赫茲波段的隱身。
文檔編號B05D5/06GK103191857SQ20131011989
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者鄧玉強, 孫青 , 于靖 申請人:中國計量科學研究院