仿生红外发射调变原理研究

本项目拟研究模仿大自然中的生物，例如变色龙利用光、热、神精脉冲等来改变自己表皮的颜色，适应环境，保护自己。研究模拟光辐射、光反射调变原理- - 生物红外发射的调变原理，研究在外在因素作用下非平衡状态的红外发射率的调控和理论，采用低红外发射率无机纳米晶和轻质彩色功能球调变红外发射率，在纳米尺度上设计、研制具有光显示和低红外发射率的无机半导体纳米晶，通过与不同折射率的高分子材料复合制备轻质复合功能球，同时采用掺杂、包覆等技术进行功能化改性；通过调控微室中功能球、染料与溶剂的发射率差值，在微室柔性膜机理和新型组装方法上突破，构建微流控电泳微室，进而研制红外新型柔性薄膜图形分割器件，为新型柔性智能隐身成像器件研制提供理论基础和核心技术，为国防建设所涉及的光电隐身功能关键材料、关键技术进行一次创新的尝试。

红外发射管也称红外线发射二极管，属于发光二极管。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。

红外线发射管也称红外线发射二极管，由红外发光二级管组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴，（采用940～950nm波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）和寿命长。

红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/cm2或者mW/m2表示。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。

当电压越过正向阈值电压（约1.0V左右）电流开始流动，而且是一很陡直的曲线，表明其工作电流对工作电压十分敏感。因此要求工作电压准确、稳定，否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高 ( 包括其本身的发热所产生的环境温度升高 ) 会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。

红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50[%]的角度称为半强度辐射角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。

仿生的宽频红外光学兼容智能隐身技术在当前信息化战争中具有重要的战略地位。数值模拟仿生红外对实现红外仿生伪装具有重要的理论指导意义。本项目旨在通过数值模拟和实验佐证相结合的方法研究仿生红外发射的调变原理，探索纳米仿生红外光学兼容智能隐身的显示原理.首先,数值模拟头足纲动物的变色原理，探索生物变色的基本原理；然后,根据生物变色原理,以电子纸显示器件为模型,理论研究与实验佐证的方法探索红外发射率的调变原理,研制具有低红外发射率、高反射率的无机纳米彩色球，研究构建红外宽频图像柔性显示器件所涉及的关键问题：红外发射调变的原理，外在因素作用下非平衡状态的红外发射率的调控和相关理论研究。这为红外宽频分割图像柔性显示器件的实验研究，实现红外可见光兼容隐身提供了重要的理论依据，为国防建设中主动隐身所涉及的光电隐身关键功能材料、关键技术进行一次创新的尝试。

本项目旨在通过数值模拟和实验佐证相结合的方法研究仿生红外发射的调变原理，探索纳米仿生红外光学兼容智能隐身的显示原理。首先研究头足纲动物变色龙的变色行为，阐明了调整不同色素细胞的体积与相对含量来改变外观颜色的原理；基于这一原理，以电子纸显示器件为模型, 研究电泳颗粒的介电常数、结构、堆积方式等因素等对电子纸显示变色的影响；设计出TiO2、ZrO2等多种具有红外低发射率高反射率的纳米晶球模型，研究了在电场作用下非平衡状态的红外发射率调变，数值模拟表明TiO2/ZrO2交替组成的一维光子晶体薄膜的光子带隙变宽。将具有低红外发射率的纳米复合轻质亚光学波长功能球作为电子纸悬浮粒子模拟色素单元，利用纳米可控制备技术研制单分散、粒径可调的纳米复合颗粒，组装成红外宽频柔性图像分割显示器件，达到良好的红外隐身效果 本项目执行期间在国内外期刊共发表论文11篇，其中SCI论文6篇，部分工作受到国内外同行的关注。三年来培养博士后一名，毕业博士生一名，硕士生两名。达到了项目的预期目标。