薩梅特高效納米遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料的節(jié)能機(jī)理(共6頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上薩梅特高效納米遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料的節(jié)能機(jī)理一 輻射機(jī)理1） 輻射理論與黑體輻射任何物質(zhì)都是由大量的分子、原子或離子等基本粒子所組成，這些基本粒子都處于一定的能級(jí)狀態(tài)之中，但處于不同能級(jí)各狀態(tài)的概率是不相同的。對(duì)于處于平衡的氣體中的原子、分子、布朗粒子，以及液體、固體中的很多粒子，當(dāng)粒子之間的相互作用很小而可以忽略時(shí)，玻爾茲曼提出了一種普遍的能級(jí)分布規(guī)律，當(dāng)物質(zhì)的溫度為時(shí)，粒子處于為1,2這兩種任意狀態(tài)下的粒子數(shù)密度為(2)； 其中n1和n2分別表示粒子能量為1的某一狀態(tài)與粒子能量為2的另一狀態(tài)上的粒子數(shù)密度，為玻爾茲曼常數(shù)，為物質(zhì)的溫度愛因斯坦(3-5)考慮了沒有相互作用

2、的原子組成的處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的體系，這些原子具有分立的、按由小到大的順序排列的能量0，1，2。，當(dāng)原子由一個(gè)能級(jí)狀態(tài)躍遷到另一個(gè)能級(jí)狀態(tài)時(shí)，就伴隨著發(fā)射或吸收光子，并存在自發(fā)輻射躍遷、感生輻射躍遷和受激吸收躍遷這三種躍遷機(jī)制由于原子之間沒有相互作用力，利用玻爾茲曼分布律可得平衡輻射場(chǎng)的單色輻射強(qiáng)度：其中，h為普朗克常數(shù)，h=6.625 6×1034J.s;v為輻射頻率；Cv為光在介質(zhì)中的傳播速度此式即為普朗克輻射公式，此時(shí)的單色輻射強(qiáng)度vmn為同溫度下單色輻射強(qiáng)度的最大值，若將之沿全頻區(qū)進(jìn)行積分可以得到黑體輻射四次方定律但愛因斯坦輻射理論只針對(duì)無(wú)相互作用的原子體系而言的，即許多無(wú)相

3、作用原子的集合物質(zhì)在此狀態(tài)下可以發(fā)射出同溫度的最大輻射能流密度黑體是指能夠吸收全部投射輻射的物體，它是一個(gè)理想的輻射體傳統(tǒng)黑體模型是一個(gè)由等溫壁面所圍成的圓柱形空腔，并在腔壁上開一個(gè)小孔若小孔相對(duì)整個(gè)空腔的尺寸足夠小，外界輻射能投射進(jìn)入小孔內(nèi)，經(jīng)過腔壁的多次反射而逐漸被墻壁所吸收，而從小孔射出輻射能的幾率很小，因而相當(dāng)于一個(gè)黑體，精確的絕對(duì)黑體模型的發(fā)射率可達(dá)0.999以上薩梅特所采用的理想黑體技術(shù)（blackbody model）和納米科技的節(jié)能涂料就是一個(gè)接近的絕對(duì)黑體模型，發(fā)射率全球領(lǐng)先。傳統(tǒng)的黑體模型在工程實(shí)際中并不能直接和方便地應(yīng)用其實(shí)，從玻耳茲曼能量分布律及愛因斯坦輻射理論的導(dǎo)出過

4、程得到啟發(fā)，還可以提出如圖所示微作用粒子黑體模型此模型的表面是一層厚度為d，微觀上很松散、輻射波容易進(jìn)入這層物質(zhì)而不在其表面形成反射的物質(zhì)，組成此層物質(zhì)的微觀粒子間基本上無(wú)相互作用力，在普通的物體表面涂上一層粒徑極其微小的涂料就是這種模型的近似結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)，固體的穿透深度很小，其數(shù)量級(jí)為m應(yīng)當(dāng)指出；這里所說(shuō)的微觀松散的物質(zhì)是特指在微觀尺度上的松散，在宏觀尺度上這些物質(zhì)還可以是連續(xù)和致密的，如納米粉體制成的涂層等從愛因斯坦輻射理論可以看出，若不考慮原子間的作用力，而且發(fā)生輻射躍遷的原子數(shù)目足夠多，任何物體的輻射規(guī)律都滿足黑體輻射規(guī)律，更進(jìn)一步說(shuō)，若粒子（分子、原子及離子）間無(wú)相互作用力，由足夠

5、多的這種粒子所組成的宏觀物體即為黑體，在圖所示黑體模型中，由于上面那層微觀松散物質(zhì)的粒子之間基本上無(wú)相互作用力，粒子之間的間距較大，從外界投射的輻射能能夠全部進(jìn)入這層物質(zhì)中，無(wú)論是在物質(zhì)表面還是在物質(zhì)內(nèi)部基本上無(wú)反射現(xiàn)象發(fā)生，輻射能在傳播的過程中逐漸地被物質(zhì)所吸收，因而此模型的發(fā)射率與吸收率都接近于，可以認(rèn)為是黑體模型實(shí)際上任何物質(zhì)中的基本粒子之間都是有相互作用的，因而并不存在絕對(duì)的黑體，如果能夠減小粒子之間的相互作用，則可以有效地提高物體的發(fā)射率與吸收率，使之逐步接近黑體粒子間作用力在很大程度上取決于粒子之間的間距，間距越大，粒子間的作用力就越小，所以增加粒子之間的間距是減小粒子間作用力最簡(jiǎn)

6、單也最可行的一種方法而將物質(zhì)超細(xì)化成單個(gè)的基本粒子（極限狀態(tài)），此時(shí)粒子間的作用力為零，那么由它組成的物體即為黑體。綜上所述，超細(xì)化可以有效地提高物體的發(fā)射率與吸收率，因此超細(xì)化是進(jìn)一步提高輻射涂料的發(fā)射率與吸收率最有效的途徑之一，而薩梅特卓越的納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能涂料的粒子在1.5Nm左右，接近粒子的極限細(xì)化狀態(tài)，最大程度地提高了節(jié)能涂料的發(fā)射率與吸收率，提高了能量利用率，實(shí)現(xiàn)了良好的節(jié)能效果。2） 影響物體發(fā)射率的因素從物體的表面輻射特性進(jìn)行電磁理論分析，一般介質(zhì)相對(duì)理想電介質(zhì)的相應(yīng)偏振的定向單色反射率為6.7：和分別為平行偏振的定向單色反射率和垂直偏振的定向單色反射率，為入射角，n為介質(zhì)的

7、單色折射系數(shù)，k為介質(zhì)的單色吸收指數(shù)，c0為真空中的光速，為介質(zhì)的介電常數(shù)，為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，為介質(zhì)的電導(dǎo)率，=2v為電磁波的角頻由上面的分析可以看出，影響物體發(fā)射率的主要因素有物體折射系數(shù)與吸收指數(shù)，這兩個(gè)光學(xué)常數(shù)與物體的電磁特性有關(guān)。根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型由式(3),(4),(7)和(8)可以計(jì)算出物體的半球單色發(fā)射率由于式(3)和(4)比較復(fù)雜，不能利用式(8)直接求出物體的半球的單色發(fā)射率，需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，圖與圖是數(shù)值計(jì)算后得出的物體單色折射系數(shù)與單色吸收指數(shù)對(duì)其半球單色發(fā)射率的影響從圖中可以看出，當(dāng)物體的折射系數(shù)一定時(shí)，隨著單色吸收指數(shù)的增加，物體的半球發(fā)射率不斷地減小，即減小單色吸收

8、指數(shù)可以增加物體的單色發(fā)射率。另外，當(dāng)物體的吸收指數(shù)較小時(shí)，一般物體的單色發(fā)射率都比較大，而且單色發(fā)射率隨折射系數(shù)的減小而增加；然而當(dāng)物體的吸收指數(shù)較大時(shí)，物體的單色發(fā)射率則比較小，但提高折射系數(shù)可以增加單色發(fā)射率圖3的計(jì)算結(jié)果表明：物體的單色折射系數(shù)對(duì)單色發(fā)射率的影響則比較復(fù)雜，在不同的單色折射系數(shù)下，物體的單色發(fā)射率存在一個(gè)極大值；在極大值左側(cè)，單色發(fā)射率隨著折射系數(shù)的增大而增大；而在極大值右側(cè)，單色發(fā)射率隨著折射系數(shù)的增大而減小從圖可以看出隨著吸收指數(shù)的不斷減小，物體的半球單色發(fā)射率的極大值向單色折射系數(shù)小的方向移動(dòng)，而當(dāng)吸收指數(shù)為時(shí)，半球單色發(fā)射率的極大值為,此時(shí)的折射系數(shù)也為,另外在

9、圖中當(dāng)物體的折射系數(shù)很大時(shí)，單色發(fā)射率基本上不隨吸收指數(shù)的變化而變化，與吸收指數(shù)無(wú)關(guān)總之，要提高物體的發(fā)射率，就必須盡量減小物體的單色吸收指數(shù)，若物體的單色吸收指數(shù)較小，降低折射系數(shù)有利于提高單色發(fā)射率；反之，提高折射系數(shù)有利于增大物體的單色發(fā)射率當(dāng)物體的單色吸收指數(shù)和單色折射系數(shù)分別為和,物體的發(fā)射率能夠達(dá)到最大值,即為黑體實(shí)際物體的單色吸收指數(shù)與折射系數(shù)都不可能達(dá)到這兩個(gè)值，所以一般的物體都具有一定的反射能力，其反射率與吸收率都小于.物體的吸收指數(shù)k與其輻射波的穿透深度d有關(guān)，兩者的關(guān)系為：其中，為真空中光的波長(zhǎng)所以提高輻射波的穿透深度可以降低物體的吸收指數(shù)，從而提高物體的發(fā)射率，輻射波的

10、穿透與物質(zhì)的種類與微觀上的致密程度有關(guān)不同的物質(zhì)具有不相同的穿透深度另外，微觀上致密的物質(zhì)其穿透深度很小，微觀上松散的物質(zhì)具有較大的穿透深度而物體的致密程度又與其顆粒的大小有關(guān)，顆粒直徑越小，物體的比表面積越大，物體機(jī)構(gòu)就越松散，當(dāng)物體的顆粒直徑小到一定的程度，例如成為納米材料時(shí)，即使是導(dǎo)電的金屬也成為不良導(dǎo)體,其電導(dǎo)率趨于。根據(jù)式(6)和(9)計(jì)算可得其吸收指數(shù)k0，穿透深度d,從而物體的發(fā)射率會(huì)有很大幅度提高，若此時(shí)物體的折射系數(shù)n=1即可達(dá)到黑體。從式(9)可以看出，物體的穿透深度與輻射波的波長(zhǎng)相當(dāng)，而絕對(duì)黑體的穿透深度d，這就要求黑體的宏觀尺寸趨于無(wú)窮大，所以絕對(duì)黑體是不存在的，實(shí)際上

11、物體在折射系數(shù)n=的情況下，只要吸收指數(shù)k<0.001,這時(shí)物體的發(fā)射率0.9995，已經(jīng)很接近黑體，而此時(shí)輻射波的穿透深度還是很小的，對(duì)于波長(zhǎng)范圍為0.7620m的熱幅射而言，其輻射波的穿透深度分別為60.5m和1591.5m另外，結(jié)構(gòu)松散的物質(zhì)也可以降低物質(zhì)的折射系數(shù)，能夠進(jìn)一步達(dá)到提高發(fā)射率的效果所以將物質(zhì)超細(xì)化、納米化，使其具有微觀的松散結(jié)構(gòu)，無(wú)論從微觀上還是從宏觀上都可以說(shuō)明它能夠有效地提高物體的發(fā)射率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果二 薩梅特節(jié)能涂料性能測(cè)試對(duì)不同粒徑的薩梅特系列節(jié)能涂料進(jìn)行性能測(cè)試的結(jié)果如圖所示，圖表示顆粒直徑的變化對(duì)涂料發(fā)射率的影響從圖中可以看出，涂料的平均粒徑越

12、小，涂料的發(fā)射率就越大當(dāng)涂料的平均粒徑為55m時(shí)，其發(fā)射率=0.87；平均粒徑為15m，涂料的發(fā)射率已經(jīng)增至0.90；進(jìn)一步減小顆粒的粒徑到m，這時(shí)涂料的發(fā)射率=0.94，而薩梅特節(jié)能涂料的平均粒徑為1.5Nm左右這充分說(shuō)明當(dāng)涂料的粒徑很小時(shí)，其微觀結(jié)構(gòu)就很松散，輻射波的穿透深度增大，可以降低涂料的吸收指數(shù)及折射系數(shù)，從而提高涂料的發(fā)射率，這進(jìn)一步從實(shí)踐上證明了超細(xì)化確實(shí)可以有效地提高物體的發(fā)射率另外，當(dāng)物體的粒徑較小時(shí)，隨著涂料平均粒徑的不斷減小，涂料的發(fā)射率有明顯的提高，而當(dāng)涂料粒徑很大時(shí)，粒徑的變化對(duì)涂料發(fā)射率的影響并不大，這是因?yàn)楫?dāng)涂料的粒徑很大時(shí)，涂料的投射深度與吸收指數(shù)基本保持不變

13、，所以涂料的發(fā)射率基本上不變化三 總結(jié)(1) 若不考慮原子間的作用力，而且輻射躍遷的原子數(shù)目足夠多，任何物體的輻射規(guī)律都滿足黑體輻射規(guī)律更進(jìn)一步說(shuō)，由足夠多的、無(wú)相互作用力的基本粒子（分子、原子及離子）所組成的微觀上松散的物體在工程上即可視為黑體(2) 影響物體發(fā)射率的主要因素有物體的折射系數(shù)與吸收指數(shù)，要提高物體的發(fā)射率，就必須盡量減小物體的單色吸收指數(shù)若物體的單色吸收指數(shù)較小，降低折射系數(shù)有利于提高單色發(fā)射率；反之，提高折射系數(shù)有利于增大物體的單色發(fā)射率(3) 將物質(zhì)超細(xì)化，減小物體顆粒的直徑，能夠增加物體對(duì)輻射波的穿透深度，降低物體的吸收指數(shù)，從而達(dá)到提高物體發(fā)射率的目的(4) 對(duì)薩梅特