Покрытия, поглощающие тепловое излучение

Все датчики тепловых излучений, как активные, так и пассивные, построены на принципе поглощения или излучения электромагнитных волн в дальней ИК об­ласти спектра. Кирхгоф обнаружил, что коэффициент поглощения α и коэффи­циент излучения ε, по существу, являются одной и той же физической величиной (см. раздел 3.12.3 главы 3). Для эффективной работы датчиков значения этих ко­эффициентов стремятся делать максимальными, т.е. как можно ближе к единице. Чтобы достичь этого, либо специальным образом обрабатывают поверхность дат­чика для повышения его коэффициента излучения, либо с той же целью на нее наносят покрытие, обладающее высокой излучающей способностью. У таких по­крытий должна быть хорошая теплопроводность и очень низкая теплоемкость; это значит, что их следует изготавливать очень тонкими.

Существует несколько методов повышения излучающей способности поверх­ности датчиков: нанесение тонких металлических пленок (например, нихромовых), обладающих достаточно высоким коэффициентом излучения, гальваническое осаж­дение пористой платиновой черни [7] и напыление металла в азотной атмосфере при низком давлении [8]. Наиболее эффективным способом создания материала с высокой поглощающей (излучающей) способностью является формирование на нем пористой поверхности [9], поскольку частицы размером, гораздо меньшим длины волны, как правило преломляют или поглощают лучи света. Материалы с пористой поверхностью обладают высокой излучающей способностью в широком спектраль­ном диапазоне, однако с увеличением длины волны она значительно снижается. Пленка из золотой черни с плотностью 500 мкг/см², в ближнем, среднем и дальнем ИК диапазоне обладает излучающей способностью 0.99.

Для формирования электролитическим методом слоя из пористой платино­вой черни можно воспользоваться следующим рецептом [10]:

Хлорид платины H₂PtCl₆..................... 2 г

Ацетат свинца РЬ(ООСН₃) 3«Н₂0. 16 мг

Вода................................................ 58 г

В таком гальваническом растворе выращиваются пленки на кремниевых подлож­ках с подслоем из золота. Процесс идет при комнатной температуре и плотности тока 30 мА/см². Для получения поглощающей способности выше 0.95, необходи­мо нанести пленку с плотностью 1.5 г/см².

4.10. Электрооптические и акустикооптические модуляторы I

Процесс формирования слоя из черни золота методом напыления проводит­ся в термической камере в азотной атмосфере под давлением 100 Па. Газ поступа­ет в камеру через редуктор. Источник золота, расположенный на расстоянии 6 см от поверхности, нагревается за счет электрического тока, протекающего по про­воду из вольфрама. Из-за столкновений с молекулами азота испарившиеся атомы золота теряют свою кинетическую энергию, и когда они достигают поверхности, их скорость и энергия уже настолько малы, что они остаются на ней, формируя при этом игольчатые структуры с линейными размерами около 25 нм. Получен­ный слой похож на структуру хирургической ваты. Для достижения наилучших результатов плотность покрытия должна быть в пределах 250...500 мкг/см².

Другим широко распространенным способом повышения излучающей спо­собности поверхности является образование на ней слоя из оксида металла, что достигается методом окисления нанесенной металлической пленки в условиях низкого вакуума.

Существует еще один метод улучшения излучающей способности — окраска поверхности органическими красителями (видимый цвет здесь совсем не важен), обладающими коэффициентом излучения 0.92...0.97. Однако органические мате­риалы обладают низкой теплопроводностью, и их трудно нанести толщиной ме­нее 10 мкм, из-за чего может значительно снизиться быстродействие датчиков. В микродатчиках часто используется следующий прием: на верхнюю поверхность наносится слой из стекла, который не только обеспечивает защиту от негативных воздействий окружающей среды, но и обладает в дальней И К области спектра коэффициентом излучения, равным 0.95.

Поиск по сайту: