基于CNT薄膜的红外发射率电致调控器件的循环稳定性研究

扈心舒; 王晗; 曹志林; 王长昊; 姜前蕾; 赵维; 王如志

doi:10.19789/j.1004-9398.2025.04.008

首都师范大学学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (04) : 56 -63. DOI: 10.19789/j.1004-9398.2025.04.008

基于CNT薄膜的红外发射率电致调控器件的循环稳定性研究

扈心舒, 王晗, 曹志林, 王长昊, 姜前蕾, 赵维, 王如志

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摘要

碳纳米管（CNT）薄膜具有良好的红外表面发射率电致调控功能，在红外伪装、航天器智能热控等领域中表现出良好的发展潜力。基于CNT薄膜的电致调控器件循环稳定性是器件应用的关键，但影响其循环稳定性的物理实质却较少有人研究。本文采用多壁CNT薄膜、多孔隔膜以及离子液体构建了三明治结构的电致红外发射率动态调控器件，其表面发射率调控范围达到0.60的优异动态发射率调控性能，且最快调控响应速度可达0.20 s。进一步研究了其循环稳定性及物理根源。研究表明，电致调控超过200个循环周期后，CNT薄膜有序结构被严重破坏，导致红外发射率电致调控性能损失，最后调控性能完全消失。CNT有序结构破坏可能来源于电场施加后离子液体冲击应力，使CNT薄膜逐渐无序化与团聚，发射率调控响应速度变慢，最后导致其红外发射动态调控性能完全失效。根据Coffin-Manson可靠性方程，提出了一个红外发射率循环稳定性公式，其预测结果与实验基本一致。研究结果表明，有序多孔结构有利于导电离子的输运与存储，是提升器件电致红外发射率性能的关键。该研究工作将为高性能与高稳定性的电致红外发射率调控器件的结构设计与材料选择提供可借鉴思路，同时也为电致红外发射率调控器件寿命预测提出了可行方法。