本發(fā)明涉及激光反射材料，尤其涉及一種具有高激光反射率的超表面材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、高能激光(high-energy?laser)是指輸出激光能量較大、功率較高的激光系統(tǒng)，其能量輸出通常在萬焦耳(104焦耳)量級，平均功率在萬瓦(104瓦)以上。高能激光的工作原理基于受激輻射和光放大的原理，當(dāng)微柱或分子的電子被激發(fā)到高能級后，受到相同頻率的光子刺激時(shí)，會產(chǎn)生受激輻射，釋放出與入射光子相同頻率、相位和方向的光子，從而形成高能激光。高能激光具有能量集中、傳輸速度快、命中精度高、抗電磁干擾、作戰(zhàn)效費(fèi)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，是有效打擊無人機(jī)的新型武器。

2、目前，高能激光打擊無人機(jī)的一個(gè)主要手段是對無人機(jī)內(nèi)部的電子系統(tǒng)、基板進(jìn)行照射，使目標(biāo)迅速升溫，從而熱燒蝕失效，造成電路、基板燒毀。而應(yīng)對高能激光打擊的傳統(tǒng)途徑，要么是使用高性能材料，要么是通過防護(hù)涂層提升材料的抗高溫能力，這兩者均是被動抵抗激光的影響，存在防護(hù)閾值低、熱響應(yīng)滯后等問題。當(dāng)遭遇持續(xù)或高功率激光照射時(shí)，單純依靠材料升級往往難以避免關(guān)鍵部件的累積熱損傷，且高性能材料帶來的重量增加和成本上升也會顯著影響無人機(jī)的機(jī)動性與經(jīng)濟(jì)性。因此，有必要研發(fā)一種從源頭減少激光對目標(biāo)的熱燒蝕的方法，以克服這些問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明基于仿生學(xué)設(shè)計(jì)理念，參考超白昆蟲等昆蟲羽翅對光具有極高反射率的技術(shù)原理，提供了一種具有高激光反射率的超表面材料及其制備方法和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)激光在目標(biāo)表面的高反射，能夠從源頭減少激光對目標(biāo)的熱燒蝕，實(shí)現(xiàn)對激光的主動防御，為應(yīng)對高能激光打擊提供新的思路和新的途徑。

2、本發(fā)明的第一方面是提供一種具有高激光反射率的超表面材料，所述超表面材料通過在襯底上構(gòu)建超構(gòu)微柱陣列后獲得；

3、所述超構(gòu)微柱為銀微柱，所述微柱陣列的高度(h)為0.15～0.5μm，微柱陣列的直徑為0.2～0.5μm，微柱陣列的相鄰陣列間距為(d)0.1～1μm。

4、本發(fā)明的第二方面是提供一種具有高激光反射率的超表面材料的制備方法，具體包括以下步驟：

5、首先進(jìn)行超構(gòu)微柱陣列超表面設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)陣列反設(shè)計(jì)出掩膜模型，根據(jù)設(shè)計(jì)在襯底上形成超構(gòu)微柱陣列后進(jìn)行原位退火，原位退火后得到具有高激光反射率的超表面材料。

6、優(yōu)選的，所述超構(gòu)微柱為銀微柱，所述微柱陣列的h為0.15～0.5μm，微柱陣列的為0.2～0.5μm，微柱陣列的相鄰陣列間距d為0.1～1μm。

7、優(yōu)選的，所述超構(gòu)微柱陣列通過磁控濺射形成。

8、優(yōu)選的，所述原位退火溫度為200℃～400℃，保溫時(shí)間為1～3h，保溫結(jié)束后樣品自然冷卻至室溫。

9、本發(fā)明的第三方面是提供所述具有高激光反射率的超表面材料在高能激光防護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，所述具有高激光反射率的超表面材料為上述方案所述的具有高激光反射率的超表面材料。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

11、本發(fā)明通過精確設(shè)計(jì)和構(gòu)建超構(gòu)微柱陣列，在微觀結(jié)構(gòu)上優(yōu)化激光的反射性能，使激光在目標(biāo)表面實(shí)現(xiàn)極高的反射率(針對1064nm激光波長的表面反射率大于90％)，不僅能有效減少激光對目標(biāo)的熱燒蝕，還能在激光攻擊發(fā)生時(shí)提供更強(qiáng)的反射效果，極大降低了因激光打擊引起的熱損傷和燒蝕。

12、本發(fā)明通過原位退火步驟可以有效改善材料的晶體結(jié)構(gòu)，提升超表面材料的熱穩(wěn)定性和激光反射能力，通過磁控濺射技術(shù)精確控制超構(gòu)微柱的排列與尺寸，從而能在材料的微觀結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)更高的反射率。

13、本發(fā)明的超表面材料不僅適用于高能激光防護(hù)，還能在軍事、航天、激光加工和醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，具有廣泛的適應(yīng)性。

14、相比傳統(tǒng)的激光防護(hù)材料，采用本發(fā)明的超表面材料可以減輕整體設(shè)備的重量，減少體積，有助于在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)更輕便的防護(hù)系統(tǒng)，且制備成本更低。

技術(shù)特征：

1.一種具有高激光反射率的超表面材料，其特征在于，所述超表面材料通過在襯底上構(gòu)建超構(gòu)微柱陣列后獲得；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高激光反射率的超表面材料，其特征在于，所述襯底為硅片。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有高激光反射率的超表面材料，其特征在于，所述硅片的直徑為10～20mm。

4.權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述具有高激光反射率的超表面材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述超構(gòu)微柱為銀微柱，所述微柱陣列的高度h為0.15～0.5μm，微柱陣列直徑的為0.2～0.5μm，微柱陣列的相鄰陣列間距d為0.1～1μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述超構(gòu)微柱陣列通過磁控濺射形成。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述磁控濺射的溫度為200℃～400℃，功率為10～50w。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述磁控濺射沉積時(shí)間為1～3h。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述原位退火溫度為200℃～400℃，保溫時(shí)間為1～3h，保溫結(jié)束后樣品自然冷卻至室溫。

10.一種具有高激光反射率的超表面材料在高能激光防護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，其特征在于，所述具有高激光反射率的超表面材料為權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的具有高激光反射率的超表面材料或由權(quán)利要求4～9任一項(xiàng)所述方法制備而成的具有高激光反射率的超表面材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種具有高激光反射率的超表面材料及其制備方法和應(yīng)用，涉及激光反射材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的超表面材料通過在襯底上構(gòu)建超構(gòu)微柱陣列后獲得；所述超構(gòu)微柱為銀微柱；所述微柱陣列的高度H為0.15～0.5μm，微柱陣列的直徑為0.2～0.5μm，所述微柱陣列的相鄰陣列間距D為0.1～1μm。本發(fā)明通過精確設(shè)計(jì)和構(gòu)建超構(gòu)微柱陣列，使激光在目標(biāo)表面實(shí)現(xiàn)極高的反射率，不僅能有效減少激光對目標(biāo)的熱燒蝕，還能在激光攻擊發(fā)生時(shí)提供更強(qiáng)的反射效果，極大降低了因激光打擊引起的熱損傷和燒蝕，不僅適用于高能激光防護(hù)，還能在軍事、航天、激光加工和醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，具有廣泛的適應(yīng)性。

技術(shù)研發(fā)人員：何汝杰,李營,陳婧祎,蔣永博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15