基于VO2相变的多层薄膜结构实现可见光-红外兼容伪装与可调发射率研究

本文设计了一种ZnS/a-Si/VO2/SiO2/Si3N4/Al多层膜结构，通过VO2的绝缘体-金属相变（IMT）实现可见光迷彩与红外发射率动态调控的兼容伪装。该结构采用层间解耦设计，上层的ZnS/a-Si通过干涉效应产生结构色，下层VO2复合层实现8-14μm波段0.586的发射率调制量，为军事目标多光谱隐身提供了可规模化制备的解决方案。

　　

^?亮点（Highlights）

• 基于VO₂相变设计出可见光-红外解耦的多层薄膜结构

• 通过ZnS/a-Si厚度调控实现红/蓝/黄等多色系结构色生成

• 利用SiO₂/Si₃N₄厚度优化实现红外发射率峰值调控

• 实验验证橙黄色样品达到0.586的平均发射率调制量

^?结构设计与模拟（Structural design and simulations）

我们设计了一种基于二氧化钒（VO₂）的垂直堆叠薄膜结构，该结构由ZnS/a-Si/VO₂/SiO₂/Si₃N₄/Al六层薄膜组成，专为可见光-红外兼容伪装而生。这种分层设计巧妙地将可见光着色与红外调控功能分离：顶层ZnS/a-Si作为结构色生成层（具备红外透明特性），中间VO₂层充当红外调控开关，底层SiO₂/Si₃N₄/Al则构成红外反射基底。通过FDTD（有限时域差分法）模拟发现，调节ZnS（30-120nm）和a-Si（10-50nm）厚度可产生从蓝色到红色的连续色彩变化，而SiO₂（100-300nm）与Si₃N₄（100-500nm）的厚度组合可精准定位红外发射峰。VO₂在68℃发生的绝缘体-金属相变（IMT）使其在8-14μm波段发射率调制量超过0.5，而可见光波段光学常数变化微乎其微，真正实现了"色温分离"的智能伪装。

^?结论（Conclusions）

本研究利用VO₂相变过程中红外波段显著而可见光波段微弱的光学特性变化，设计出一种结构简单、成本低廉且可规模化制备的多层薄膜。理论模拟表明，通过调整ZnS和a-Si厚度可实现基于干涉效应的结构色调控，而SiO₂/Si₃N₄厚度组合可定制红外发射峰位。实验制备的橙黄色样品在8-14μm波段实现0.586的发射率调制量，证实了该结构在可见光-红外兼容伪装领域的应用潜力。这种基于标准溅射工艺的薄膜结构，为军事装备动态隐身和防伪技术提供了新的解决方案。