掺杂稀土锰氧化合物热控涂层发射率变化物理机制研究

掺杂稀土锰氧化合物(ARMO)是一种极具应用前景的航天器智能型热控涂层材料，揭示其成分和结构对发射率的影响机制，对于丰富物质发射率微观理论，为ARMO热控涂层在航天器上的应用提供理论指导和设计依据等方面具有重要的理论和实际意义。. 本项目针对目前对ARMO发射率微观机制研究缺乏的现状，结合描述材料发射率的经典电磁波理论，提出了合理可行的揭示ARMO成分和结构对发射率的影响内在机制的研究方案。通过以材料电磁吸收特性(红外光学常数)为纽带，研究ARMO成分和结构、电磁特性和发射率三者之间的关系，揭示控制ARMO材料发射率及演化的物理机制。

本项目首先研究了LaxSr1-xMnO3(LSMO)系列材料的制备技术，分别采用了溶胶-凝胶和磁控溅射两种方案成功制备了块体和薄膜形态的LSMO材料。采用XRD、SEM、AFM、TEM及四探针法，系统研究了工艺参数对LSMO材料结构相变温度的调控规律。对于溶胶-凝胶法制备LSMO材料，通过控制Sr掺杂量、烧结温度和烧结时间可以有效调控LSMO材料的相变温度：材料内部的缺陷减少，可以提高材料的相变温度。对于采用磁控溅射法制备的LSMO薄膜内部缺陷较多，均表现为绝缘体态。通过退火处理可以使薄膜内部缺陷回复，可以发生金属-绝缘体态转变，薄膜的成分和其中氧含量对LSMO薄膜相变点影响最大。对薄膜变温发射率曲线测量结果表明，LSMO薄膜发射率变化幅值最大可达0.43，满足实际器件要求。. 采用经典热辐射理论和电磁波理论，以400cm-1到4000cm-1波段范围实测变温反射率红外光谱为基础，计算了不同条件下制备的LSMO材料的发射率随温度变化曲线。计算结果表明，无论是采用经典热辐射理论还是电磁波理论，通过计算获得的发射率随温度变化曲线的变化趋势与实际相一致。经典电磁波理论计算结果表明，LSMO在相变点前后电阻率变化不是导致材料发射率突变的原因，导致发射率突变的原因是，随着温度升高，热运动破坏了电子间的关联，使原来处于离域态的电子变为定域态，导致电子对电磁波响应特性发生突变，也就是光学常数发生突变。