ITO导电膜红外发射率理论研究

根据红外辐射理论和薄膜光学原理计算了高品质ITO(indium tin oxide)导电膜的红外发射 率,其理论曲线与实测曲线基本符合. 并得出方块电阻小于30Ω时,ITO膜在红外波段8—14μ m的平均红外发射率理论值小于0.1.实际制备方块电阻小于10Ω的ITO膜具有优良的红外隐身 性能. 讨论了高品质ITO膜具有低红外发射率的物理机理,并提出了低红外发射率临界方块电 阻值,这有利於理论研究和工艺制备红外隐身ITO膜. 关键词： 红外发射率 ITO薄膜 理论计算 方块电阻     

红外低发射率隐身涂层对太赫兹波的反射光谱研究

为研究红外低发射率隐身涂层对太赫兹波的反射特性,制备了红外低发射率隐身涂料,测试了其可见光效果、红外热像图及红外发射率等特性参数。以土黄色红外低发射率涂料为测试样品,利用透射式太赫兹时域光谱系统获得了样品在太赫兹波段的复折射率。分析了特征矩阵理论,并利用特征矩阵理论计算了涂层厚度(0.3~0.5 mm）与入射角度(0°~60°)的变化对入射太赫兹波反射特性的影响。结果表明,在相应厚度及入射角度范围内,太赫兹波在0.8 THz频率下具有多个反射峰值,最高值可达90%以上,有利于实现太赫兹波对红外低发射率隐身涂层下金属目标的探测。此外,涂层厚度变化对入射太赫兹波反射率具有较大影响,涂层越厚,太赫兹波的反射振荡越多,反射峰值越大。入射角度对太赫兹波的反射特性具有一定的影响,但整体影响不大,有利于太赫兹波实现多角度目标的探测。最后,以表面均匀涂覆0.42 mm厚涂料的金属板为测试样品,实验测量了样品在0.1~1.5 THz频率范围内的反射特性,并与部分理论计算结果进行对比。结果表明：实验测量结果与理论计算结果在数值和趋势上较为吻合,但也存在一定的偏差。究其原因,主要由样品厚度和样品参数误差导致,但依然可利用特征矩阵理论研究红外低发射率涂层对太赫兹波的反射光谱特性。     

表面结构对面源黑体光谱发射率的影响

随着红外测温技术的快速发展,红外测温仪在军事及民用领域得到广泛应用,对测量准确度的要求提升到了新的高度。面源黑体辐射源作为非接触测温设备校准的核心装置,近年来受到广泛的关注。发射率是描述辐射源性能的重要指标,目前缺少黑体表面形貌对发射率影响的研究。面源黑体发射率主要由表面凸锥结构和涂覆涂层决定。为设计出高发射率面源黑体,以具有凸锥结构的面源黑体为基础模型,引入间距及涂层结构,建立具有不同表面结构参数、单元间距及涂层厚度的面源黑体模型,设置基底材料为石墨,涂层材料为氮化硅,通过有限元软件得到仿真模型的反射率,利用反射率反演得到其发射率,绘制3～14μm范围内的光谱发射率曲线;研究面源黑体表面的电场分布情况。分析结构单元的宽高比、涂层厚度和结构单元间距等参数对发射率的影响。结构单元高度与发射率成正比、较窄的宽度对发射率有优化作用,发射率随宽高比的减小而增大。涂层结构改变了光谱发射率的下降趋势,在11μm后发射率上升,发射率随厚度增加而增大;单元间距变化与发射率成正比。设置初始面源黑体单元结构高度为10μm、宽度为1μm,在该模型上依次添加2μm涂层及2μm间距结构,进行仿真计算。优化后黑体...     

红外辐射在水雾中衰减计算的修正方法研究

水雾系统对红外光谱有着强烈的衰减作用,因此在军事目标的各种制导对抗中被予以高度的关注。以Mie散射理论为基础,分析了粒子对红外光谱前向散射的聚集特性,定义了近前向散射比,并确定了在应用朗伯比尔定律时需修正的粒子尺度和散射半角的范围。通过大量计算发现,单独将粒子尺度和散射半角的乘积作为独立变量计算的视消光系数不够精确。在中远红外波段,前向散射附近的小角度内散射强度积分与粒子尺度和散射角都成正比,若红外波长为定值,则与粒子半径成正比。最后根据前向散射规律给出了两个不单独以x.θ为变量的经验计算公式,使得对水雾消光的修正计算更加简便精确。     

空间基准黑体源发射率影响因素研究

空间基准黑体源对气候变化监测、防灾减灾、红外定标等方面的发展具有重要意义。空腔发射率作为空间基准黑体源最关键的表观辐射特性,在红外探测设备的校准过程中需要保持较低的不确定度。针对空间基准黑体源的定向发射率开展相应的理论建模和实验测量研究。在反向蒙特卡罗法和涂层表面辐射特性的基础上构建了方向发射率计算模型,分析了探测距离、温度非均匀性、涂层表面辐射特性等因素对空腔发射率的影响。然后,采用受控背景的材料发射率测量系统开展了相应的实验研究。研究结果可为空间基准黑体源的设计、开发与溯源提供理论指导。     

大气汽溶胶微粒子光学截面及红外发射率光谱的计算

根据Mie微粒子光散射理论计算了汽溶胶大气模型的光学特性,得到了汽溶胶的散射截面、吸收截面和消光截面以及红外波段散射强度分布,同时计算了汽溶胶大气的发射率光谱.为研究大气红外传输提供了计算方法.     

IRS400型材料发射率测试装置的研制

为了准确评估红外材料和涂层的隐身性能,研制了一套IRS400型材料发射率测试装置,主要用于温度范围（50～400）℃,光谱范围（3～5）m和（8～12）m的固体不透明材料和涂层定向发射率测量。给出IRS400型材料发射率测试装置的技术指标,阐述其工作原理,IRS400的光学系统采用全反射式设计,探测器选用钽酸锂热释电探测器,采用50 ℃～1 000 ℃黑体辐射源标准装置对黑体发射率B（1,2）进行标定。通过解决标定和环境温度补偿等关键技术,确保发射率测量不确定度小于2%(k=2)。     

大气汽溶胶复合微粒子的光学截面及红外发射率光谱的计算

在文章[1]的基础上,根据M.L.Aden和A.Kerker的复合微粒子光散射理论计算了汽溶胶大气中复合微粒子模型的光学特性,得到了汽溶胶的散射截面、吸收截面和消光截面以及红外发射率光谱,为研究大气红外传输提供了计算方法.     

含片状金属粒子复合涂层辐射特性研究

含金属片状粒子复合涂层的涂料通常是由粘结剂(树脂类材料)、金属颗粒和其他功能助剂组成,广泛的应用于能源、建筑、航空航天和军事等诸多领域。将复合涂料涂覆于目标物体表面所形成的涂层,可实现光谱选择性调控的功能。目前的理论计算模型,主要是基于几何光学理论、经典K-M理论以及有效介质理论,大部分工作集中在含球形颗粒涂层的研究.本文将基于几何光学理论,使用蒙特卡洛射线追踪(MCRT)模型,研究片状平行随机分布铝颗粒及丙烯酸树脂复合涂层的光谱辐射特性,分析了粒子的体积分数、粒子尺寸参数对涂层光谱发射率的影响。     

700K—1200K涂层及材料的红外光谱法向发射率的测定

本文根据分离黑体法原理,叙述了红外光谱法向发射率测试方法,介绍了温度在700K—1200K、波长在2.5—40μm范围的测试装置.将Perkin-Elmer 577型双光束自动记录红外光栅分光光度计作了微小变动,专门设计并研制了标准黑体炉,参考黑体炉及样品加热炉.测试过程在干燥的大气中进行。所测结果与文献值作了比较,吻合程度基本上是满意的。本文还对红外光谱法向发射率的计算公式作了推导,对测量误差也作了分析。给出了某些材料及涂层的红外光谱法向发射率曲线。     

Optimization and design of pigments for heat-insulating coatings

This paper reports that heat insulating property of infrared reflective coatings is obtained through the use of pigments which diffuse near-infrared thermal radiation.Suitable structure and size distribution of pigments would attain maximum diffuse infrared radiation and reduce the pigment volume concentration required.The optimum structure and size range of pigments for reflective infrared coatings are studied by using Kubelka-Munk theory,Mie model and independent scattering approximation.Taking titania particle as the pigment embedded in an inorganic coating,the computational results show that core-shell particles present excellent scattering ability,more so than solid and hollow spherical particles.The optimum radius range of core-shell particles is around 0.3 ～ 1.6 μm.Furthermore,the influence of shell thickness on optical parameters of the coating is also obvious and the optimal thickness of shell is 100-300 nm.     

Modeling emissivity of low-emissivity coating containing horizontally oriented metallic flake particles

The scattering and absorption cross sections of horizontally oriented metallic flake particles are estimated by extended geometric optics that includes diffraction and edge effects. Emissivity of the coating containing those particles is calculated using Kubelka–Munk theory. The dependence of emissivity of the coating on the radius, thickness, content of metallic flake particles and coating thickness is discussed. Finally, theoretical results are compared with the experimental measurements with Al/acrylic resin coating system and the results show that simulation values are in good agreement with experimental ones.     

Nonlinear Analysis on FEM Amplifier with Circular Groove Guide

FEM amplifier with a novel circular groove guide is proposed and researched both in three-dimensional nonlinear theory and numerical computation in this paper. Efficiency and bandwidth of the FEM are studied including electron beam emittance.     

界面活性剂对Fe3O4磁性与穆斯堡尔谱的影响

测量了不同颗粒尺寸Fe₃O₄覆盖界面活性剂前后磁性、红外谱以及穆斯堡尔谱。实验结果表明界面活性剂与Fe₃O₄微粒表面为化学吸附,覆盖界面活性剂后在相同磁场下磁化强度有所下降,穆斯堡尔谱变得弥散,随着颗粒尺寸变小,穆斯堡尔谱内场减小,谱线变得更为弥散,实验结果可以用表面各向异性的理论进行解释。 关键词：     

耐高温CrAlON基太阳能光谱选择性吸收涂层的制备与热稳定性

光谱选择性吸收涂层是太阳能光-热利用技术的核心部件,直接决定着整个系统的转换效率,为了提高涂层的选择吸收性和热稳定性,本文提出以金属氮化物替代金属纳米颗粒,构建纳米晶-非晶异质结构的思路,并采用多弧离子镀制备了Cr/CrAlN/CrAlON/CrAlN/CrAlON/CrAlO多吸收层光谱选择性吸收涂层,其吸收率达0.90,发射率为0.15,而且在500℃、大气条件下时效220 h后,涂层的吸收率升至0.94,发射率则降至0.10,并且能够保持稳定1000 h以上.微观组织分析表明,高温时效处理后,吸收层发生部分晶化形成了大量氮化物纳米颗粒,增加了对太阳光的散射和吸收,而CrAlO减反射层中的部分晶化形成了Al2O3和Cr2O3纳米颗粒,这不仅可以保护内部涂层不被氧化,而且Al2O3的形成可以增加太阳光的透过率,减少涂层表面反射,是多吸收层CrAlON基光谱选择性吸收涂层选择吸收性能提高的主要原因.同时,氮化物纳米颗粒被非晶基体均匀地分隔开来,形成了纳米晶-非晶异质结构,非晶在高温时效处理过程中只发生结构弛豫,从而有效地抑制了高温条件下的原子扩散,保证涂层中的纳米颗粒在高温下不发生明显团聚,这是多吸收层CrAlON基涂层具有良好热稳定性的最主要原因.这些研究结果对提高金属陶瓷光谱选择性吸收涂层的综合性能,实现更高效率的太阳能光-热利用具有重大意义.     

球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究

研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性. 根据广义Mie理论, 推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式. 针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真, 讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的变化特性, 并通过散射系数解释了散射强度分布的振荡现象. 结果表明, 在聚焦拉盖尔-高斯光束照射下, 球形粒子的后向散射强度随着粒子半径的增大而逐渐增大; 后向散射强度开始增大时对应的粒子半径与拓扑荷有关. 通过与高斯光束的对比, 可以看出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射特性的差异, 使其在粒径测量、光通信和大气后向散射探测等方面具有潜在应用价值.     

Kinetic stability of hematite nanoparticles: the effect of particle sizes

Nanoparticles are ubiquitous in environment and are potentially important in many environmental processes such as sorption, coprecipitation, redox reactions, and dissolution. To investigate particle size effects on nanoparticle aggregation and stability, this study tested aggregation behavior of 12(±2), 32(±3), and 65(±3) nm (hydrated radius) hematite particles under environmental relevant pH and ionic strength conditions. The results showed that at the same ionic strength and pH conditions, different particle sizes show different tendency to aggregate. At the same ionic strength, aggregation rates are higher for smaller particles. The critical coagulation concentration also depends on particle size, and decreases as particle size decreases. As the particle size decreases, fast aggregation shifted to lower pH. This may be related to a dependence of PZC on particle size originating from change of structure and surface energy characteristics as particle size decreases. Under the same conditions, aggregation occurs faster as particle concentration increases. Even though the nanoparticles of different sizes show different response to the same pH and ionic strength, DLVO theory can be used to qualitatively understand hematite nanoparticle aggregation behavior.     

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采用轨道受限运动方法研究了极区夏季中层顶区域的尘埃粒子电荷数与尘埃粒子半径。利用尘埃等离子体充电理论,建立了尘埃粒子充电方程模型,得到尘埃粒子充电时尘埃电荷数和半径的比值。然后结合ECT02实验数据,分析了发生极区中层夏季回波现象时极区中层顶区域尘埃粒子电荷数和半径的比值,并得到尘埃粒子的半径以及尘埃粒子所带电荷量。结果表明,极区中层顶区域的尘埃粒子平均所带电荷不到一个,它的半径约为20nm。     

极区夏季中层顶区域尘埃粒子参数的研究

采用轨道受限运动方法研究了极区夏季中层顶区域的尘埃粒子电荷数与尘埃粒子半径。利用尘埃等离子体充电理论,建立了尘埃粒子充电方程模型,得到尘埃粒子充电时尘埃电荷数和半径的比值。然后结合ECT02实验数据,分析了发生极区中层夏季回波现象时极区中层顶区域尘埃粒子电荷数和半径的比值,并得到尘埃粒子的半径以及尘埃粒子所带电荷量。结果表明,极区中层顶区域的尘埃粒子平均所带电荷不到一个,它的半径约为20nm。