微结构表面功能材料的制备及其热辐射光谱特性研究

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1、万方数据博士学位论文微结构表面功能材料的制备及其热辐射光谱特性研究作者：方俊飞指导老师：宣益民教授南京理工大学2014年3月万方数据Ph．D．DissertationPreparationandthermalradiationspectral·-n·’●—propertiesolthemlCr0StrUCtUresurlacefunctionalmaterialsByFangJunfeiSupervisedJupervtsea6vF—roL4DVA比口nYtmmI，⋯NanjingUniversityofScience&TechnologyMarch，2014

2、万方数据声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。—'一f》一研究生签名：丛＆一一砂f’年6月／口日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生

3、签名：亩1袋飞加lzf．-年6月f口Et万方数据博士论文微结构表面功能材料的制备及其热辐射光谱特性研究摘要近年来，利用微结构来控制材料表面热辐射光谱特性的研究取得了长足进步，已有研究表明，当物质的特征尺寸接近于热辐射波长时，热辐射问题将与宏观热辐射问题截然不同，微结构表现出良好的热辐射光谱选择控制特性。利用微结构实现热辐射光谱特性控制的基本方法是：针对具体目标控制波段的光谱特性要求，选取合适的材料，设计得到具有一定形态特征的微结构，从而更好地实现热辐射能量传递及热辐射光谱控制。因此，微结构光谱控制在航天器热控制技术、太阳能技术、制造技术以及材料工业等领域都具有

4、重要的应用前景。基于热致变色原理的钙钛矿锰氧化物由于其独特的表面热辐射性能而可用于航天器的智能热控制，但由于受到自身属性的限制，材料的热致变色效果不尽如人意，这严重影响了它在航天器智能热控涂层方面的应用。目前，利用太阳能发电主要使用的是以晶体硅为基底的太阳能光伏电池，但存在着成本高、转换效率低的问题，因此，如何提高太阳能光伏电池的转换效率以降低成本就显得至关重要。基于此，本文以微结构表面热辐射光谱特性为主要研究对象，通过在钙钛矿锰和单晶硅表面构造微结构来研究微结构对功能材料热辐射光谱特性的调控作用，希望能对工程应用产生一定的指导作用。本文具体研究内容包括以下几

5、个方面：1、一维、二维周期性热致变色材料的制备采用固相反应法制备出了多种不同组分大块体的钙钛矿锰热致变色材料，并研究了掺杂比例、烧结温度等制备工艺对材料结构和性能的影响。利用光刻蚀技术在钙钛矿锰材料表面构造出了一维光栅结构和二维孔穴阵列结构，并研究了刻蚀工艺对微结构性能的影响。构造得到光栅结构的周期约为10阻，光栅槽宽为6．01．tm，槽深为2．09m；孔穴阵列结构的周期约为109m，孔穴直径为6．09m，孔深为2．09m。2、一维、二维周期性热致变色材料的热辐射光谱特性研究对实验制备出的构造有不同微结构表面的钙钛矿锰样品进行了光学测试，进而通过计算得到了材料

6、的表面热辐射特性，研究了一维光栅结构和二维孔穴阵列结构表面对钙钛矿锰材料热致变色性能的影响，并分析了产生这些影响的原因。测试结果表明，构造有一维光栅和二维孔穴阵列结构的热致变色表面热辐射性能均得到增强，对于具有光栅结构表面的Lao．825Sro．175Mn03材料，其热致变色性能得到显著改善。3、三维有序大孑L(3DOM)热致变色材料的制备三维有序大孑L(3DOM)材料是一种典型的三维光子晶体材料。采用胶晶模板法制备出了三维有序大孔的钙钛矿锰材料，通过改变实验条件，制备出了多种不同孔径、不同组分的热致变色功能材料，并研究了不同制备工艺对材料结构和性能的影响。实

7、验结果T万方数据摘要博士论文表明，制备得到的热致变色功能材料有序性较好，3DOM结构完整，且已形成单相钙钛矿结构。4、三维有序大孑L(3DOM)热致变色材料的热辐射光谱特性研究研究了三维有序Ps胶体晶体的光学性能，由于3DOM结构完全是PS胶晶模板的逆复制，三维有序PS胶体晶体的质量会直接影响到3DOM材料的结构，因此，研究三维有序Ps胶体晶体的光学性能也具有非常重要的意义。对实验制备出的具有不同孔径、不同组分三维有序大孔的钙钛矿锰样品进行了光学测试，得到了其表面热辐射特性。实验结果表明，得到的PS胶体晶体三维有序性较好，具有明显的光子禁带效应，而3DOM结构

8、材料的光子禁带效应不太明显。同时，3D