还原石墨烯光学波段复折射率及消光性能研究

在对氧化和还原石墨烯近紫外到近红外波段反射率谱测量的基础上,利用Kramers-Kronig关系计算其复折射率,并反推反射率与光谱分析确定误差水平;运用T矩阵法计算其在该波段的吸收和消光效率因子,分析其消光和吸收性能.结果表明,反推反射率值与实测值误差在10~(-6)量级,且其吸收谱线特征与复折射率虚部吻合;还原石墨烯的可见光-近红外消光和吸收较强,但紫外消光和吸收较弱;氧化石墨烯在紫外-可见光波段的消光和吸收较强,但在近红外波段迅速减弱.因此,该计算方法在两种材料上适用,且氧化和还原石墨烯均可用作宽波段的光吸收或消光材料,但还原石墨烯近紫外波段以及氧化石墨烯近红外波段的性能有待改善.     

硫化锌表面微结构抗反射特性的理论模拟及制备EI北大核心CSCD

针对硫化锌表面微纳米结构在中远红外波段7~10μm的增透性能开展理论及实验研究。基于时域有限差分软件建立物理模型,理论研究微结构参数变化对减反性能产生的影响,依据红外光谱值分布图宏观展示微结构参数与透过率的关系。利用飞秒激光在空气环境中制备不同规格的微纳米结构阵列,通过实验实现了设计的结构。分别测试样品在中远红外波段7~10μm范围内透过率,其中8μm的网格结构在8.5~10μm波段的平均透过率可提高4%,在10μm波长处透过率提升7%。实验结果表明所制备的结构具有良好的抗反射性能。对比结果显示实验所示透过率变化趋势与仿真结果具有一致性。     

多波段微量TNT成像探测的数值分析和实验研究

建立了CO2激光器辐照微量爆炸物温升分布三维模型,对激光辐照过程和冷却过程中8~14μm和3~5μm波段内的目标表面辐射温度变化特性分别进行分析.利用设计的探测系统对目标进行初步探测,用8~14μm和3~5μm热像设备对目标进行观察分析.研究表明:在10.6μm激光照射过程中,8~14μm波段内沾有TNT目标的辐射温度分别由TNT、基底在8~14μm波段的发射率和对激光辐照的反射率共同决定;在3~5μm内目标辐射温度主要由TNT、基底在3~5μm波段的自身发射率决定.在探测过程中,8~14μm波段内沾染TNT区域的辐射温度明显高于周围区域,而在3~5μm波段内,目标表面辐射温度整体下降,并且沾染区域的辐射温度变得低于周围.     

海面油膜热红外发射率光谱特征研究（英文）

利用热红外遥感技术探测海面溢油存在能够全天时探测、更好地探测海表及油膜辐射特征和对油膜厚度的识别潜力较大等优势。而热红外发射率是物体在指定温度时的辐射能与同温度黑体辐射能的比值,在常温范围内,物体的发射率光谱与温度无关,仅与材质属性及波长相关。基于这一假设,以山东省东营市胜利油田孤岛采油厂获取的原油样品与渤海湾海水为材料,利用102F傅里叶变换热红外光谱辐射仪设计海面油膜发射率光谱实验,系统的测量分析了海面油膜随厚度连续变化过程中海面油膜发射率的变化特征与产生机理。结果表明,海表油膜的热红外发射率在甚薄阶段(20~120μm)变化较大,利用热红外发射率光谱能够较好的探测海表甚薄油膜;在8~10μm和在13.2~14μm波段范围内,海水与厚度为20μm的甚薄油膜存在较为稳定的发射率差异,利用该光谱范围内的油膜发射率可以用来探测20μm的甚薄油膜;在11.7~14μm波段范围内,油膜发射率与其厚度相关性小,油膜的发射率明显低于本底海水的发射率,利用该光谱范围内的油膜发射率可以用来探测较薄油膜的有无;在11.72,12.2,12.55,13.48和13.8μm这几个波长附近,油膜发射率随着油膜厚度的增加呈现出递增或递减,且变化幅度较大,利用这几个波长附近谱段的发射率可以用来探测较薄油膜的发射率光谱响应。     

基于蒙特卡洛法的尾焰红外辐射特性仿真与试验

根据尾焰中气体的吸收特性,基于蒙特卡洛法建立了尾焰红外辐射特性模型,并用该模型计算了某型发动机尾焰在5个不同红外波段的辐射特性(1.32~1.69μm,1.56~2.27μm,2.27~3.8μm,3.8~8.3μm,8.3~20μm).为了验证仿真模型的有效性,进行了发动机点火试验.试验结果与仿真结果表明该型涡喷发动机在2.27~3.8μm波段辐射最强,在长波波段8.3~20μm辐射面积最大.     

基于辐射加热源的材料高温发射率测量方法

材料高温辐射特性参数是量化研究热输运过程中的基本参数。本文将高能流太阳能聚集模拟器引入到材料高温发射率测量中,利用高能流太阳能聚集模拟器产生的可见光及近红外光谱辐射直接对样品进行加热,建立了材料中红外波段的高温发射率测量方法,避免了常规测量中封装窗口及高温炉体自身光谱辐射对测量的影响。基于该方法,采用红外热像仪、FTIR光谱仪等设备,搭建了实验平台,理论上可实现1700 K以内的样品发射率测量。采用该装置对某型钢进行了实验测量,获得了材料7~25μm波段内不同温度下的发射率曲线。     

固体材料定向光谱发射率测量装置研究及误差分析

针对红外隐身材料光谱发射率测评的需要,提出一种基于能量法的发射率测量模型,并建立起固体材料定向光谱发射率测量装置,能实现温度范围50℃～300℃与光谱范围1.3μm～14.5μm的固体材料定向光谱发射率测量。通过对试样进行实测,得到不同样品在150℃和同一样品在不同温度下的光谱发射率曲线,得出该材料发射率随温度变化的结论。最后分析了样品同黑体温度不等引起的误差,给出温差为1℃和2℃时,发射率相对误差随温度与波长的分布曲线,以及不同黑体温度下3μm～5μm和8μm～14μm的平均相对误差值。     

利用BFEL研究高温超导钇钡铜氧薄膜的中远红外特性

 报导了一种钇钡铜氧（YBCO）高温超导薄膜中远红外光探测器。在中远红外波段，利用北京自由电子激光对其响应特性进行了实验研究。对于微桥尺寸为210μm×70μm×0.3μm的样品,测量了电压响应、谱响应和时间响应。实验表明，在液氮温度下工作的YBCO高温超导光探测器不仅具有快速响应、较高灵敏度的特点，而且具有良好的宽带特性和较好的稳定性。     

聚苯胺与还原石墨烯复合材料的微波吸收性能

采用化学氧化法制备聚苯胺与还原石墨烯复合材料。复合材料的结构、晶型和电磁参数分别通过X射线衍射仪及HP8722ES型矢量网络分析仪进行表征、测试与分析。结果表明,同聚苯胺相比,聚苯胺与还原石墨烯复合材料的介电损耗明显增加。而且在复合材料中,石墨烯的含量越大,材料的微波吸收性能越好,在频率波段（9.5~13.4GHz）反射损耗均小于-10 dB,并在频率为11.2 GHz时达到最大反射损耗-29.69 dB。聚苯胺与还原石墨烯的复合使得材料的载流子迁移率变大,吸波特性得到改善。     

石墨烯/银纳米复合材料的制备及其影响因素研究

以硝酸银、鳞片石墨为原料, 在强碱环境下, 制备得到石墨烯/银纳米复合材料, 采用X射线衍射、红外吸收光谱、透射电子显微镜、紫外可见分光光度计对所制备的石墨 烯/银纳米复合材料进行了表征.结果表明: 氧化石墨烯和银离子在强碱NaOH的作用下, 氧化石墨烯失去部分含氧官能团, 被部分还原为石墨烯(rGO), 银离子被还原为纳米银颗粒, 均匀分布在氧化石墨烯片层表面, 颗粒大小和分布受硝酸银用量、反应温度、NaOH的加入顺序及前驱物混合方式等因素影响, 在GO与Ag粒子质量比为 1:1.08时, 负载在石墨烯片层上的银纳米颗粒集中在12 nm左右. 关键词： 石墨烯/银纳米复合材料 强碱溶液     

混合谐振模式宽带长波红外超表面吸收器研究

为了满足红外探测器件集成化和对红外宽光谱范围吸收的需求,设计了一种工作在长波红外波段(8~14μm)的超宽带、高吸收、极化不敏感的超材料吸收器。通过在金属-介质-金属三层异质的超材料吸收器结构的顶部金属周围镶嵌一层介质形成超表面,以增加谐振强度和吸收带宽。在8~13.6μm的带宽范围内,该结构有超过90%的平均吸收率,覆盖了大部分长波红外大气窗口波段,对红外探测领域有着重要意义。研究结果表明:镶嵌的金属-介质组成的介质波导模式和谐振腔模式的结合以及传播型表面等离激元模式的激发是形成宽带高吸收的主要原因,并且谐振模式的谐振波长可以通过相关参数来进行调控。本文的研究结果为可调谐宽带长波红外吸收材料的设计提供参考,该设计方法可推广到中波红外波段、甚至长波红外或其它波段。     

C/C复合材料的光谱发射率研究

采用模压成型法制备了不同类型的C/C复合材料,测试了其法向光谱发射率的变化.结果表明,短切碳纤维增强的C/C复合材料,其法向光谱发射率在整个2 500～13 000 nm的测试波段内普遍要高于碳布增强复合材料样品.短切碳纤维结构的相对松散,单位体积内物质的粒子数相对较少,这增加了电磁波的穿透深度,从而使得样品的法向光谱发射率较高,热辐射特性较好.纤维预制体和C/C复合材料样品的法向光谱发射率测试对比可知,两种不同碳材料的微结构差异使得树脂碳的法向光谱发射率优于纤维碳.利用Raman光谱对不同碳物质进行物相分析表明,树脂碳以sp3和sp2杂化态碳原子的混合结构使其内部产生的局域振动模式较多,这也是样品法向光谱发射率较高,热辐射特性较好的原因.     

辐射探测芯片吸收膜理论设计及镍磷黑膜制备

对新型条形辐射探测芯片的吸收膜层进行了理论分析,并且在金刚石材质的探测芯片上采用电镀方法制备了镍磷黑吸收膜.辐射探测芯片的膜层吸收分析表明,芯片吸收膜层的吸收率正比于表面粗糙度.通过对辐射吸收膜层设计与制作工艺的研究,制备出一种用于条形辐射探测芯片的镍磷黑吸收膜,通过测量其表面形貌结构,表明该膜层具有50nm—1.5μm范围的微结构;红外吸收测试表明其吸收率在1.4—8μm波段为0.989以上,从而提高了辐射探测芯片的性能.     

金属化生物颗粒的制备与性能测试

针对当前军、民用领域对新型包覆型功能材料的需求,以花粉作为内核,采用化学镀铜方法,制备了表面包覆铜膜的金属化花粉,利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和微波测试系统对金属化花粉的结构特性、红外与微波波段电磁特性进行了测试与分析.扫描电子显微镜图显示,花粉金属化后形态保持良好、未发生破裂或变形,铜镀层厚度均匀、结构致密,镀层厚度在1μm左右.红外和微波波段实验结果表明,金属化花粉的红外与微波波段电磁特性主要由其铜镀层决定,镀铜后花粉对红外和微波具有强反射和强吸收作用.金属化花粉颗粒以其金属外壳的强电磁衰减能力和花粉内核的低密度轻质特性,具有作为新型红外和微波波段功能材料的潜力.     

太阳能集热和辐射制冷复合表面的研究

提出了一种太阳能集热和辐射制冷的光谱选择性复合表面,其在太阳辐射波段(0.2~3μm)和辐射制冷"大气窗口"波段(8~13μm)具有高吸收(发射)率,而在除此之外的其余波段(3~8μm、13~25μm)具有低吸收(发射)率。初步制备了该复合表面并对其进行光谱测试;建立了数学模型并进行了复合表面平衡温度的模拟计算;搭建了太阳能集热和辐射制冷复合装置并实验测试了复合表面在白天与夜间的平衡温度;搭建了太阳能集热和辐射制冷复合系统并进行了白天集热性能测试。     

NbSe2纳米颗粒锁模的2μm光纤激光器

高重频大脉冲能量激光在基础科学研究以及通信、探测、材料加工等应用领域具有重要价值。报道了溶液法制备的过渡金属二硫化物NbSe2纳米颗粒材料的线性和非线性光学特性,并利用其2μm波段可饱和吸收特性对掺铥光纤激光器进行被动调制实现了2μm锁模激光输出。线性测量发现NbSe2纳米材料的光学吸收覆盖近红外到近中红外波段且随波长增加而降低;非线性光学测量显示NbSe2纳米材料在2μm波段的调制深度为6.5%、饱和强度为19 MW·cm^−2。然后我们把NbSe2纳米材料转移到金镜上制作成可饱和吸收器件,并对掺铥光纤激光器进行调制得到2μm耗散孤子谐波锁模激光,单脉冲能量为3.36 nJ,脉冲宽度为1.48 ns,重复频率为50.66 MHz。激光光谱的中心波长为1910.8 nm,光谱宽度为5.8 nm。首次在2μm光纤激光器中采用NbSe2纳米颗粒实现耗散孤子锁模,证明了NbSe2纳米材料在2μm波段的非线性光学调制能力,结合纳米颗粒的可集成特性,溶液法制备的NbSe2纳米材料有望成为一种新型的宽谱非线性光电调制材料/器件。     

基于石墨烯纳米带的中红外等离激元调控

石墨烯在中红外和太赫兹波段可以产生表面等离激元,并且通过合理设计还可以对其表面等离激元进行调控。基于此,本文设计了一种共振可调结构。通过在电介质基底上沉积不同宽度的单层石墨烯条带,引入纳米尺度上的不连续性,从而有效控制石墨烯与光的相互作用。使用时域有限差分法对该结构的光谱和电磁场分布进行了理论研究。结果表明:当所设计的结构与入射光耦合时,会出现多个共振增强的吸收峰;改变每个周期内石墨烯条带的数目、带宽和带间距,可以控制共振峰的个数、位置和强度;另外,施加不同的偏置电压可以改变石墨烯带的费米能级,从而实现共振峰位置和强度的动态调控;该结构可以在较宽光谱范围内调控石墨烯等离激元。本文研究为设计中红外波段基于石墨烯的传感、滤波、吸收等器件提供了理论基础。     

激光烧结石墨烯-铜纳米复合材料性能研究

石墨烯拥有许多优异的性能,这些性能使石墨烯有望成为金属基复合材料的理想增强相。采用激光烧结的方法制备了石墨烯-铜纳米复合材料。X射线衍射(XRD)和Raman光谱测试结果表明,石墨烯存在于激光烧结所制备的纳米复合材料中。显微硬度测试结果显示,石墨烯的添加使得石墨烯-铜纳米复合材料的硬度比激光烧结纯铜的硬度提高了约22%。用电化学极化法研究了激光烧结的石墨烯-铜纳米复合材料和纯铜在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为,石墨烯-铜纳米复合材料的腐蚀电位比激光烧结纯铜的腐蚀电位略有降低,腐蚀电流也有所降低,说明其耐腐蚀性能较激光烧结纯铜略好。     

NiCoP/rGO复合材料的合成及其性能研究

以六水合氯化镍、七水合硫酸钴、氧化石墨烯(GO)和赤磷为原料,利用原位水热法,在不添加任何表面活性剂的情况下,合成了磷化钴镍/还原氧化石墨烯(NiCoP/rGO)纳米复合材料,并通过XRD、SEM、TEM、IR、Raman等对该复合材料进行了表征.结果表明,所得复合材料由NiCoP纳米颗粒和还原氧化石墨烯片层结构组成,NiCoP纳米颗粒尺寸大约为20 nm,均匀分布在rGO片层结构表面上,同时探讨了复合材料的形成过程.另外,复合材料的吸附脱除实验表明,所得复合材料对多种染料都具有非常好的吸附作用,因此,在污水处理方面有较大的应用价值.     

LaCoO_3及Ca-Fe共掺陶瓷材料的制备及红外发射率研究

采用高温固相法制备了LaCoO_3和La_(0.75)Ca_(0.25)Co_(0.5)Fe_(0.5)O_3材料,通过XRD、SEM、XPS和IR等检测手段对材料进行表征分析,并运用计算机模拟软件CASTEP计算了材料的能带结构和光学性质。基于以上结果研究了钴酸镧系列材料的红外辐射性能,并分析了提高红外发射率的物理机制。结果表明:Ca-Fe共掺杂后试样的晶体结构由纯物质的菱方结构转变为立方结构,试样在2.5~5μm波段的发射率值从0.83提高到0.9,发射率提高的机理在于:Fe~(3+)Fe~(4+)和Co~(2+)Co~(3+)小极化子的形成增强了材料对自由载流子吸收;Co原子的3d轨道与Fe原子的3d轨道杂化在费米能级处形成杂质能级,促进了受激发电子的跃迁;Ca-Fe掺杂在一定程度上破坏了晶格的对称性,促进了晶格振动吸收,提高了材料的红外发射率。钴酸镧体系材料在中红外波段的红外发射性能优异,可在高温窑炉工业得以应用。