CC BY
203
УДК 535.317; 621.283.4/5
ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЛИЧНЫХ ПОКРЫТИЙ, ПОГЛОЩАЮЩИХ ИК ИЗЛУЧЕНИЕ
Петр Порфирьевич Добровольский
Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 2/1, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела тепловидения и телевидения, тел. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
Людмила Сергеевна Марченко
Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 2/1, инженер-технолог отдела тепловидения и телевидения, тел. (383)330-97-49
Павел Алексеевич Алдохин
Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 2/1, младший научный сотрудник отдела тепловидения и телевидения, тел. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
Приведены результаты экспериментальных исследований различных покрытий поглощающих инфракрасное излучение, используемых для внутренних поверхностей охлаждаемых диафрагм.
Ключевые слова: тепловизор, криостат, ИК излучение.
RESEARCHES OF THE SPECTRAL CHARACTERISTICS VARIOS COATINGS ABSORD OF THE INFRARED RADIATION
Peters P. Dobrovolsky
Novosibirsk Branch of the Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, «Technological Design Institute of Applied Microelectronics» (NB ISP SB RAS «TDI AM»), 630090, Russia, Novosibirsk, 2/1 Akademika Lavrentjeva pr., candidate of physical and mathematical sciences, leading research assistant, department of thermal imaging and television, tel. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
Ludmila S. Marchenko
Novosibirsk Branch of the Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, «Technological Design Institute of Applied Microelectronics» (NB ISP SB RAS «TDI AM»), 630090, Russia, Novosibirsk, 2/1 Akademika Lavrentjeva pr., process engineer, department of thermal imaging and television, tel. (383)330-97-49
Pavel A. Aldokhin
Novosibirsk Branch of the Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, «Technological Design Institute of Applied Microelectronics» (NB ISP SB RAS «TDI AM»), 630090, Russia, Novosibirsk, 2/1 Akademika Lavrentjeva pr., younger research assistant, department of thermal imaging and television, tel. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
The results of experimental researches of various coating absorbs infrared radiation used for the internal surfaces of the cooling apertures.
Key words: thermal image device, cryostat, infrared radiation.
В настоящее время в науке и технике нашли широкое применение тепло-визионные приборы (ТВП) на основе охлаждаемых фотоприемных устройств (ФПУ). Одним из основных узлов ТВП является фотоприемник в криостате с охлаждаемой диафрагмой. Для улучшения характеристик ФПУ таких как: минимальная разность температур эквивалентная шуму возникает необходимость уменьшать паразитное фоновое инфракрасное излучение (ИК) отраженное от внутренних стенок охлаждаемой диафрагмы криостата.
Из литературы известно ряд покрытий обладающих хорошим поглощением ИК излучения [1], где в качестве поглощающего покрытия используется краска КО-819А. В области спектра 3-5 и 8-14 мкм интегральный коэффициент излучения данного покрытия составляет соответственно 0,955±0,014 и 0,954±0,029. Излучающее покрытия сохраняет свои оптические характеристики при изменении температуры в пределах от -50 С до +50 С в условиях воздействия вакуума 10-4 Па.
В патенте РФ №2503103 [2] описан способ нанесения покрытия на основе углеродных нанотрубок, которые обладают хорошим поглощением в диапазоне длин волн от 4 до 25 мкм и не меняют своих оптических свойств при воздействии температуры от -196 С до +400 С.
Нами были проведены ряд исследований различных образцов поглощающих ИК излучение покрытий, которые должны обладать высоким коэффициентом поглощения ИК излучения в диапазоне 3-14 мкм, быть стойкими к перепадам температур от -196 С до +120 С, обладать высокой адгезией и работать в условиях высокого вакуума.
В данной работе приведены результаты исследования различных образцов поглощающих ИК излучение покрытий, используемых рядом отечественных и зарубежных предприятий. Все покрытия выполнены на подложках из ковара, кроме покрытия «анодный окисел». Покрытия «краска №2» и «краска №3» разработаны в Филиале ИФП СО РАН «КТИПМ». В покрытии «краска №2» использовался лак криогенностойкий с наполнителем из окиси титана, в покрытии «краска №3» использовался лак криогенностойкий с наполнителем из графита. Измерения коэффициента отражения (без учета рассеяния) производились на ИК фурье-спектрометре «ФТ-801».
На рис. 1 показан график отражения ИК излучения в диапазоне 3-18 мкм от различных покрытий.
Важной характеристикой покрытий применяемых для внутренних стенок охлаждаемой диафрагмы криостата является минимальное отражение ИК излучения при различных углах падения. Измерения проводились на установке, блок схема которой показана на рис. 2.
Длина волны, мкм
Отражение, % 2 4 5 ! а и 1 1 1 15 15 1 18
1
........2-1.............
: 3
..............|...............1..............!......
/ !
I........Л.............I
.......4............
рк-— : 5
/ IX ! /л
4...........Ы^^ЩЩ / ч ......^^ —^
Ц-------1--------------1-------------4----------1---------------
Рис. 1. Отражение ИК излучения от различных покрытий. 1 - «черный хром № 1»; 2 - «черный хром № 2»; 3 - «травленый ковар»; 4 - «полимерная краска»; 5 - «краска № 1»; 6 - «анодный окисел»; 7 - «краска № 2»; 8 - «краска № 3»
Рис. 2. Блок схема измерительной установки. 1 - зеркало; 2 - образец; 3 - тепловизор; 4 - АЧТ
Образцы покрытий наклеивались на плоское зеркало, а источник и приемник ИК излучения устанавливались друг относительно друга под углом 2т, при изменении угла 2т измерялся сигнал на приемнике. В качестве источника излучения применялось АЧТ, в качестве приемника - болометр с отключенной ав-
томатической регулировкой усиления. Зависимость отраженного сигнала от углов падания ИК излучения приведены в табл.
Таблица
Зависимость отраженного сигнала от углов падения ИК излучения
Образец Уровень сигнала, бит
Угол наблюдения 2а = 90° Угол наблюдения 2а = 110° Угол наблюдения 2а = 130° Угол наблюдения 2а = 150° Угол наблюдения 2а = 170°
1.Черный хром «1» 2081 1862 2268 1973 1062
2. Черный хром «2» 1643 1474 1647 1850 1268
3. Травленый ковар 1180 - - - 1507
4. Полимерная краска 916 823 833 975 963
5. Краска «1» 894 856 936 1054 819
6. Анодный окисел 914 780 968 1096 1073
7. Краска «2» 976 810 936 892 778
8. Краска «3» 883 700 751 736 750
Таким образом, по результатам двух измерений наилучшим образцом покрытия является образец «краска № 3».
На рис. 3 приведены графики зависимостей отраженного сигнала на приемнике от углов падения ИК излучения на образцы покрытий.
Угол между источником и приемником ИК излучения 2со, град
Рис. 3. Зависимость отраженного сигнала от углов падения ИК излучения. 1 - «черный хром № 1»; 2 - «черный хром № 2»; 4 - «полимерная краска»; 5 - «краска № 1»; 6 - «анодный окисел»; 7 - «краска № 2»; 8 - «краска № 3»
Кроме того, для данных покрытий проводились исследования интегрального коэффициента излучения в диапазоне длин волн от 4 до 40 мкм на приборе ТРМ «И».
Наименьший коэффициент излучения был у травленного ковара - 8,2%, покрытие данного образца лаком криогенностойким увеличило его коэффициент излучения до 45%, а наилучшим коэффициентом излучения обладало покрытие на основе лака криогенностойкого с графитом «краска №3» коэффициент излучения которого составляет (88±2)%.
Покрытие на основе «краски №3» обладает хорошей адгезией и при многократном термоциклированнии от -196 С до +120 С не изменяло своих оптических свойств, кроме того имеет малое газоотделение при работе в высоком вакууме.
Согласно патента [2] предложенное в нем покрытие с углеродными нанот-рубками, также удовлетворяет требованиям, предъявляемым к покрытиям применяемых в охлаждаемых диафрагмах в вакуумных криостатах. Однако это покрытие намного дороже, чем разработанное нами.
Выводы: проведено сравнение различных поглощающих покрытий для ИК области спектра. Показано, что разработанное покрытие на основе криогенно-стойкого лака с графитом удовлетворяет требованиям, предъявляемым к покрытиям охлаждаемых диафрагм применяемых в ИК фотоприемниках, при этом покрытие имеет малую стоимость изготовления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. В.И. Салин. Калибровочный излучатель космического сканирующего ИК радиометра // Оптический журнал, 1998. Т. 65. № 5. С. 101-103.
2. Антипова Е.А., Беляев А.А., Беспалова Е.Е., Иванова Н.Н., Пузанова О.Е., Романов А.М. Конструкционный радиопоглощающий материал // Патент РФ на изобретение № 2503103. 2012.
© П. П. Добровольский, Л. С. Марченко, П. А. Алдохин, 2015
