层状超材料红外发射器具有发射波长可调、辐射传热效率高等优势,在室内和开放空间取暖、红外监控等领域有重要应用,是当前节能和光电领域研究的热点。但是现有研究均集中在层状超材料结构对其发射或吸收特性的影响,对集成加热部件的一体式发射器件少有报道,更遑论对其电光转换效率、稳定性等应用性能的研究。本论文根据集成电热薄膜的层状超材料红外发射器的研究需要,基于真空技术设计并搭建了一套兼具高精度光电测试和环境控制能力的多功能表征系统。该系统通过提高样品电功率控制精度,降低热传导和热交换,采用积分球和热电型探测器等手段实现了对器件电光转换效率的高精度测试。同时系统能够同步记录和控制测试样品和环境的多种参数,为开展样品稳定性研究和失效机制分析提供了全面精确的数据。随后我们采用传输矩阵算法开展器件设计并用电子束蒸发制备了一种集成了Ni Cr合金电热薄膜的新型层状超材料红外发射器,并对其反射率、透过率、发射光谱、发射率等光学特性进行全面的表征。结果表明,该器件能有效抑制可见光及近红外波段的发射,并在中远红外波段具有0.8以上的高发射率,远高于W、Cr、Ni等传统金属材料。最后基于自主搭建系统对器件的电光转换效率进行了准确测定,开展了失效机制分析,并提出了进一步改进的方案。最后本论文基于层状材料红外发射器对理想电热薄膜要求,提出了丝网印刷Pt电热厚膜、磁控溅射W电热薄膜,以及表面生长氧化层的重掺杂低阻硅片三种加热方案,并使用自主研发的多参数同步测试系统,结合SEM、XRD、EDS等多种离线材料表征手段,验证了三种方案的可行性。结果表明,Pt电热厚膜和W电热薄膜表面粗糙仅适合作为800℃以下的背面加热涂层,而且Pt电热厚膜容易与衬底发生反应生成硅化物,而W电热薄膜则容易氧化且最后发生熔断。表面生长氧化层的重掺杂低阻硅片可以在1000℃以上高温下稳定工作,能够耐受高低温冲击,且兼具表面平整、材质不易扩散、双面均可承载层状超材料等优势,是集成式超材料红外发射器理想的电加热部件。