Покриття для теплового поглинання

Всі сенсори теплового випромінювання, або пасивні інфрачервоні (PIR) або активні інфрачервоні (AFIR), пов’язані з поглинанням або випромінюванням електромагнітних хвиль в далекій інфрачервоній спектральній області. Відповідно до відкриття Кіргофа, поглинаюча здатність α та випромінювана здатність ε є одними і тими ж речами (див. розділ 3.12.3). Їх величина для ефективної роботи сенсора має бути максимальною, тобто, близька до одиниці. Це можна досягти або обробкою поверхні сенсора, або нанесенням на неї відповідного покриття для досягнення високої випромінюючої здатності. Любі такі покриття повинні мати добру теплопровідність і дуже малу теплову ємність, що означає, що вона має бути дуже тонкою.

Є декілька відомих методів для надання поверхні емісійних властивостей. Серед них є осадження тонких металічних плівок (подібно ніхрому), які мають прийнятно добру емісійність, гальванічне осадження платинової пористої черні [7], і напилювання металу в атмосфері азоту низького тиску [8]. Найбільш ефективний шлях створення високо абсорбуючого (випромінюючого) матеріалу є формування його у вигляді пористої поверхні [9]. Частинки з розмірами набагато меншими, ніж довжина хвилі як правило поглинають і розсіюють світло. Висока емісійність пористої поверхні перекриває широкий спектральний діапазон; однак вона падає зі збільшенням довжини хвилі. Плівка черні золота товщиною, що відповідає 500 мкг/cм² має випромінювальну здатність більшу за 0.99 в близькій, середній і дальній інфрачервоній спектральній області.

Для формування пористої платинової черні, наступний рецепт гальванічного покриття може бути використаний [10]:

Хлорид платини H2PTCl6 водн.: 2 г

Свинцевий ацетат Pb(OOCCH3)2・3H2O: 16 мг

Вода: 58 г.

Без гальванічної ванни, плівка вирощується при кімнатній температурі на кремнієвій підкладці з золотою плівковою підстілкою. Щільність струму бути 30 мA/cм². Для досягнення абсорбційної здатності, кращої за 0.95, необхідна плівка 1.5 г/cм².

Для формування черні золота напилюванням, процес проводиться в реакторі термічного випаровування в атмосфері азоту при тиску 100 Па. Газ уводиться через мікроклапан, і золото випаровується з електронагрівника з вольфрамового дроту з дистанції біля 6 cм. Завдяки зіткненням парів золота з азотом, атоми золота втрачають кінетичну енергію і сповільнюються до теплових швидкостей. Коли вони досягають поверхні, їх енергія досить мала для врахування поверхневої рухливості, і вони прилипають до поверхні при першому її торканні. Атоми золота формують поверхневу структуру у формі вертикальних голок з лінійними розмірами біля 25 нм. Структура подібна до хірургічної вати. Для отримання найкращого результату, товщина золотої черні має бути в районі від 250 до 500 мкг/cм².

Інший популярний метод підвищення емісійності є окислення поверхні металевої плівки для формування окислу металу, який як правило, має більшу випромінювану здатність. Це може бути зроблено випаровуванням металу при частковому вакуумі.

Інший метод поліпшення поверхневої емісійності є покриття поверхні органічною фарбою (колір фарби не є важливим). Ці фарби мають випромінювану здатність в далекій інфрачервоній області від 0.92 дo 0.97; Однак органічні матеріали мають низьку теплопровідність і не можуть ефективно покривати поверхню товщиною меншою за 10 мкм.

Це значно зменшує швидкість відгуку сенсора. В сенсорах з мікрообробкою верхня поверхня може пасивуватися шаром скла,, який не тільки забезпечує захист від навколишнього середовища, але й має емісійність біля 0.95 в далекій ІЧ спектральній області.

Дата добавления: 2015-07-11