植物蒸腾作用对红外辐射特征的影响研究

研究植被的红外辐射特征是开展地面军事目标红外伪装与隐身的基础,模拟植被红外特性的形成机理可实现目标与背景的精确融合。叶片蒸腾是植被特有的生理机制,是影响植被红外辐射特征的主要因素之一。通过建立植物叶片的能量平衡物理模型,分析计算出植物蒸腾特性对叶面温度的影响。应用气孔计、红外热像仪实测了樟树、冬青等典型植物叶片的蒸腾作用、叶面温度、红外辐射特征的日周期变化,通过与干枯叶片的对比表明,植物蒸腾作用能够有效调节叶片的能量平衡,控制叶面温度处于合理的范围内,抑制叶片红外辐射特征的深幅变化。     

基于光学和红外特征模拟的植物仿生材料设计制备

植物自身的生理结构和蒸腾作用等生命特征,使其具有独特的光学和红外特征。在光学波段由于叶绿素和水分的共同作用,植物叶片在550,680,1 400和1 900nm等波长附近形成了明显的光谱反射特征变化;在红外波段由于植被蒸腾作用的驱动,使其具备主动调节自身温度的功能,红外特征异于人工材料;基于此提出了一种模拟植物光学和红外特征的仿生材料设计制备方法。在绿色植物光学和红外特性及其形成机理分析基础上,进行了植物仿生材料的组分设计和热传导过程分析,完成了材料传热控制方程建立和结构参数确定。利用水分吸附脱附材料、光学颜料等人工材料,确定了基于光学和红外特征模拟的植物仿生材料制备方法。以聚乙烯醇材料作为植物仿生材料的成型物质和水分吸脱附材料,以铬绿、大分子黄等光学颜料作为材料着色剂,采用化学铸膜方法制备了植物仿生材料薄膜,并进行了实际测试验证。吸脱附测试表明:一定厚度植物仿生材料样品吸附量可达1.3kg·m-2,可满足材料日蒸腾耗水量的要求;光学和红外模拟效果测试表明:植物仿生材料在光学波段(380~2 500nm),特别是1 400和1 900nm波长附近植物水吸收波段)内能够较好模拟植被的光谱反射特性,且具有与绿色植物相似的红外辐射日周期变化趋势,与绿色植物的日平均辐射温差为0.37℃,最大温差0.9℃,其仿生和蒸腾过程模拟效果明显。     

一维光子晶体光谱控制实验研究

光子晶体的禁带特性为伪装材料的光谱控制研究提供了一条新的技术途径。利用传输矩阵的方法建立了一维光子晶体光谱透射、反射的理论模型,针对伪装材料近红外高反射、中远红外低发射的要求,优选Ag,MgF2和ZnS等材料作为光子晶体的薄膜材料,采用真空蒸发镀膜的方法制备出Ag/MgF2,Ag/MgF2/ZnS 4种不同周期结构的一维光子晶体,并实验研究了一维光子晶体的光谱反射和透过特性。结果表明:材料和周期结构对一维光子晶体光谱特性有不同的影响,通过优化设计可以实现在伪装波段内的光谱特性要求。