基于相变材料GST的可调控红外热辐射器

GST是一种常见的相变合金材料，常被应用于DVD光盘等数据存储材料，通过160°C和640°C退火，GST合金的原子排布可以在无定形态和晶态之间切换。而在常温下GST的原子排布十分稳定，可以保持退火后的某种状态长达数年。该研究组将相变材料GST合金与金属结合起来，组成简单的层状结构，通过退火改变GST合金的原子排布方式，从而实现调控辐射率的目的，并且可以在不施加额外的电压或加热装置的条件下，就可以长期维持需要的辐射率。控制GST处于无定形态或晶态时，由于其复折射率的巨大差异，辐射器在两种不同状态下的辐射率峰值可以在0.2和1之间切换，消光比峰值可达11 dB，具有出色的红外辐射开关性能。此外，随着GST厚度的增加，红外辐射率的峰值也随之向长波方向移动，为器件的波长选择性提供了条件。

 图2.（a）炭黑、无定形态辐射器、晶态辐射器的可见光照片和红外照片；（b）通过控制GST相变程度控制器件的红外辐射率。

与光谱仪测得的红外辐射率相对应，GST处于晶态时，器件的红外辐射功率很高，在红外相机下呈橙红色，而无定形态的GST则使得器件的辐射功率几乎与金属热板背景一致。由于GST的相变是渐进的，因此可调控红外热辐射器的红外辐射率也渐进可控。通过控制热处理的温度和时间，可以控制器件的辐射率停留在某中间状态，为红外热调控提供了一种行之有效的手段。

基于GST常温下的稳定性，采用GST的可调控红外热辐射器件消除了对于持续外界激励的依赖性，简单的结构设计和衬底兼容性使其有更广泛的应用前景，必将在热管理系统、红外隐身、热光伏等领域中大放异彩。目前，该研究组正致力于带宽以及波长可调的红外辐射器件的研究工作，并着力于选取更耐高温的材料与快速相变的方法将该研究成果推广应用。