紅外輻射材料整理

1、紅外材料,紅外材料是指與紅外線的輻射、吸收、透射和探測等相關(guān)的一些材料。,主要介紹紅外輻射材料,主要內(nèi)容,1.1 紅外線的基本規(guī)律 1.2 紅外輻射材料,1.1 紅外線的基本規(guī)律,1.普朗克定律和維恩定律 2.斯蒂芬一玻爾茲曼定律 3.基爾霍夫定律 4.朗伯定律,紅外線,紅外線是英國赫舍爾在1800年發(fā)現(xiàn)的。它本質(zhì)上和可見光一樣是一種電磁波，波長在0.761000um之間。 紅外線的輻射起源于分子的振動和轉(zhuǎn)動，而分子振動和轉(zhuǎn)動起源于溫度。所以在0K以上的溫度下，一切物體均可輻射紅外線，故紅外線是一種熱輻射，有時也叫它熱紅外。,紅外線分類,在紅外技術(shù)中，按地球上大氣對紅外輻射傳輸?shù)挠绊懀瑢⑺譃?/p>

2、四個光譜區(qū): 0763um為近紅外； 36um為中紅外區(qū)； 615um為遠(yuǎn)紅外區(qū)， 151000um為極遠(yuǎn)紅外區(qū)。 不同學(xué)科有不同的劃分方法。,1.普朗克定律和維恩定律,在0 K時，M趨于零。在一定絕對溫度范圍內(nèi)，M隨波長增加而上升，達(dá)到最大值后，又隨波長增加而下降。,M黑體輻射出的能量密度 C1:3.1710-6 C2:1.4410-2 T:絕對溫度,2.斯蒂芬一玻爾茲曼定律,黑體的輻射常數(shù)，或稱斯蒂芬一玻爾茲曼常數(shù)，等于5.6710-8W/m2K4 M:黑體的輻射出射度：單位面積發(fā)射的能通量（Wm2）,輻射出射度與絕對溫度的四次方成比關(guān)系,該定律可用于任何熱輻射體,發(fā)射率,3.基爾霍夫定律

3、,確定了物體出射度M和吸收率之間的聯(lián)系，即： M1/1=M2/2=M3/3= Mm/= M=f(T) 說明：任何熱輻射體的輻射出射度和吸收率之比相同并恒等于黑體的輻射出射度，且只和溫度有關(guān)。 = 表明：若物體對某種波長的輻射有很強(qiáng)的吸收能力，則它對這種輻射的發(fā)射能力也很強(qiáng)。,4.朗伯定律,它確定了黑體沿個別方向的輻射變化，并可表示為：一定方向上單位面積單位立體角內(nèi)的輻射能通量與該方向同表面法線方向的夾角的余弦成正比。,1.2 紅外輻射材料,工程上，紅外輻射材料是指能吸收熱輻射而發(fā)射大量紅外線的材料。 紅外輻射材料可分為熱型、“發(fā)光”型、熱“發(fā)光”混合型三類。 紅外加熱技術(shù)主要采用熱型紅外輻射材

4、料。,紅外輻射材料相關(guān)概念,一、發(fā)射率 二、影響材料發(fā)射率的因素 三、紅外輻射材料的種類 四、紅外輻射材料的應(yīng)用,一、發(fā)射率,紅外輻射材料的輻射特性決定于材料的溫度和發(fā)射率。 發(fā)射率是紅外輻射材料的重要特征值，它是相對于熱平衡輻射體的概念。 熱平衡輻射體是當(dāng)一個物體向周圍發(fā)射輻射時，同時也吸收周圍物體所發(fā)射的輻射能量，當(dāng)物體與外界進(jìn)行能量交換慢到使物體在任何短時間內(nèi)仍保持確定溫度時，該過程可以看作是平衡。,發(fā)射率（）和光譜發(fā)射率（）,把實際物體發(fā)射的輻射出射度和同一溫度下黑體發(fā)射的輻射出射度之比定義為發(fā)射率，也稱全發(fā)射率。 把各個波長的輻射出射度與同溫度、同波長下黑體的輻射出射度之比定義為光譜

5、發(fā)射率（），也稱為單色發(fā)射率。,發(fā)射率與波長無關(guān)的物體稱為灰體； 隨波長變化而改變發(fā)射率的物體稱為選擇性輻射體。,法向發(fā)射率n,垂直于輻射表面的發(fā)射率 ，稱為法向發(fā)射率n,二、影響材料發(fā)射率的因素,影響材料反射、透射和輻射性能的有關(guān)因素必然會在其發(fā)射率的變化規(guī)律中反映出來。 材料發(fā)出輻射是因其組成原子、分子或離子體系在不同能量狀態(tài)間躍遷產(chǎn)生的。一般說，這種發(fā)出的輻射，在短波段主要與其電子的躍遷有關(guān)，在長波段則與其晶格振動特性有關(guān)。 因之，組成材料的元素、化學(xué)鍵形式、晶體結(jié)構(gòu)以及存在缺陷等因素都將對材料的發(fā)射率發(fā)生影響。,影響發(fā)射率的因素,1材料本身結(jié)構(gòu) 2輻射波長 3原材料預(yù)處理工藝 4溫度

6、5. 表面狀態(tài) 6材料的體因素 7工作時間,1材料本身結(jié)構(gòu),一般地，金屬導(dǎo)電體的值較小，電介質(zhì)材料的值較高。存在這種差異的原因與構(gòu)成金屬和電介質(zhì)材料的帶電粒子及其運(yùn)動特性直接有關(guān)。帶電粒子的特性不同，材料的電性和發(fā)射紅外輻射的性能就不一樣，而這往往與材料的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。 氧化鋁、氧化硅等電介質(zhì)材料屬于離子型晶體 碳化硅、硼化鋯、氮化鋯等材料屬于共價晶體 鋁等金屬晶體的結(jié)構(gòu)是正離子晶格由自由電子把它們約束在一起。,2輻射波長,多數(shù)紅外輻射材料，其發(fā)射紅外線的性能，在短波主要與電子在價帶至導(dǎo)帶間的躍遷有關(guān)（絕緣體9eV，半導(dǎo)體1-3eV）；在長波段主要與晶格振動有關(guān)。晶格振動頻率取決于晶體結(jié)構(gòu)、組

7、成晶體的元素的原子量及化學(xué)鍵特性。,純SiC的單色發(fā)射率與波長的關(guān)系,3原材料預(yù)處理工藝,同一種原材料因預(yù)處理工藝條件不同而有不同的發(fā)射率值。 經(jīng)700空氣氣氛處理與經(jīng)1400煤氣氣氛處理的氧化鈦的常溫發(fā)射率分別為081和086 。,4溫度,電介質(zhì)材料的發(fā)射率較金屬大得多，有些隨溫度升高而降低，有些隨溫度的升高而有復(fù)雜的變化。,5.表面狀態(tài),一般說來，材料表面愈粗糙，其發(fā)射率值愈大（暖氣片表面不光滑） 紅外線在金屬表上的反射性能與紅外線波長對表面不平整度的相對大小有關(guān)，與金屬表面上的化學(xué)特征(如油脂玷污、附有金屬氧化膜等)和物理特征(如氣體吸附、晶格缺陷及機(jī)械加工引起的表面結(jié)構(gòu)改變等)有關(guān)。,

8、6材料的體因素,材料的體因素包括材料的厚度、填料的粒徑和含量等等。對某些材料，如紅外線透明材料或半透明的材料，其發(fā)射率值還與其體因素有關(guān)。原因是紅外線能量在傳播過程中材料的吸收所致。 隨著玻璃厚度的增加，發(fā)射率增大。,7工作時間,在工作條件下，由于與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生相互作用或其它物理化學(xué)變化，從而引起成分及結(jié)構(gòu)的變化，將使材料的發(fā)射率改變。,一種高溫搪瓷的發(fā)射率,常用的發(fā)射率較高的紅外輻射材料有碳、石墨、氧化物、碳化物、氮化物以及硅化物等。 紅外輻射搪瓷、紅外輻射陶瓷以及紅外輻射涂料等是一般紅外輻射材料通常使用形式。 紅外輻射涂料通常涂敷在熱物體表面構(gòu)成紅外輻射體。紅外輻射涂料中一般都選用在工作溫度范圍內(nèi)發(fā)射率高的材料。紅外輻射涂料由輻射材料的粉末與粘接劑（無機(jī)）等按適當(dāng)比例混合配制而成。,部分紅外輻射涂料的性能及規(guī)格,四、紅外輻射材料的應(yīng)用,1用于熱能利用方面 (1)紅外加熱。 (2)作為耐火材料。 2用于航天領(lǐng)域 3用于軍事目的 (1)防紅外偽裝涂層 (2)紅外誘餌器。,防紅外偽裝涂層,紅外偽裝的最基本原理是降低和消除目標(biāo)和背景的輻射差別，以降低目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)和識別的可能性。近紅外偽裝涂層要求目標(biāo)與背景的光譜反射率盡可能接近；中、遠(yuǎn)紅外偽裝涂層則一般采用低發(fā)射率涂層材料，以彌補(bǔ)二者的溫度差異。,紅外誘餌器,紅外誘