温敏型掺杂镧锰氧化物热控材料发射率转变机制及控制方法研究

热致变色可变发射率热控技术是微型航天器热控技术的重要组成部分，其核心是热致变色可变发射率热控材料。由于该类材料研究起步较晚，人们对发射率转变物理机制认识不深，导致热致变色可变发射率热控技术无法取得较大突破。本项目以极具应用前景的掺杂镧锰氧化物La1-xMxMnO3热控材料为研究对象，研究发射率转变物理机制和控制方法。通过实验和理论分析，探索A位离子半径和尺寸失配度、晶格常数、晶粒尺寸、载流子浓度和迁移率、金属-绝缘体转变区间大小以及磁化强度变化幅度对发射率的影响规律及其影响机制，确定影响发射率的本质因素，建立发射率转变、金属-绝缘体相变和铁磁-顺磁转变三者间的历史相关性，阐明发射率转变物理机制，完善相分离模型，并提出有效的发射率调制方法。从能带理论出发，构建用于解释变发射率现象的能带模型。该研究将为热致变色可变发射率热控技术的突破性进展和新型热致变色可变发射率热控材料的开发奠定理论基础。

钙钛矿型锰氧化物La1-xMxMnO3（M=Sr，Ca）材料因具有独特的变发射率特性在微型航天器热控领域具有广泛应用前景。由于该类材料研究起步较晚，人们对其发射率转变物理机制认识不深。本项目以La1-x(Sr,Ca)xMnO3块材和LSMO磁控溅射薄膜为对象，通过改变A位掺杂元素种类和含量、烧制工艺、沉积工艺参数、加热处理参数以及注氧/注铝参数等对其结构和性能进行调控，研究影响发射率的本质因素及影响规律，建立发射率转变、金属-绝缘体相变和铁磁-顺磁转变三者间的内在相关性，探讨发射率的调制方法以及发射率转变物理机制。研究结果表明：La1-x(Sr,Ca)xMnO3的发射率特性主要由其结构和金属-绝缘体转变特性决定，铁磁-顺磁转变特性对其发射率的影响不明显。La1-x(Sr,Ca)xMnO3可有效控温的温度区间和发射率对温度变化的敏感程度取决于金属-绝缘体转变温度大小以及转变温度区间大小。经400℃/2h+800℃/4h+1250℃/5h烧制的La0.7SryCa0.3-yMnO3，当Sr/Ca掺杂量摩尔比小于1时，其发射率在TMI附近随温度变化迅速，A位离子半径增大导致其发射率整体减小、发射率随温度变化减缓。空气加热处理的LSMO薄膜的发射率εH随温度升高单调增大并在TMI附近发生显著变化，薄膜△εH和TMI可通过改变薄膜的结构和成分进行调控。在基体温度为580℃、溅射气压为0.17Pa和O2/(O2+Ar)比为4.4%条件下沉积的薄膜空气加热处理后，低温εH为0.42，高温εH为0.87，△εH和△εH/εH(high)分别可达0.45和51.7%。A位离子半径是影响La1-x(Sr,Ca)xMnO3发射率的重要因素，通过改变Sr/Ca掺杂比可有效调制发射率。磁控溅射LSMO薄膜的发射率可通过改变沉积过程中的O2/(O2+Ar)比以及离子注氧并加热处理进行有效调控。基于本研究还对解释变发射率现象的相分离模型进行了修正。. 目前，该项目研究结果已发表相关学术论文9篇，申请专利3项。该项目研究为热致变色可变发射率热控技术的突破性进展奠定了理论基础。