石墨烯/纳米铜复合材料的制备及红外性能研究

采用原位还原法制备了还原石墨烯/纳米铜复合材料,对其进行表征分析.测量该材料的中远红外波段的复折射率,计算其吸收系数和大气窗口内的法向光谱发射率并进行实验验证,进而分析其在中远红外波段的吸收和辐射性能.结果表明,纳米铜吸附在还原石墨烯表面,粒径集中在15~25nm;不同尺寸的纳米铜、还原石墨烯及其表面缺陷和官能团等的吸收特性,使该复合材料在8~9.2μm、6~6.5μm、2~3μm波段内的吸收较强,且在远红外波段吸收最强;其在3~5μm的法向发射率在0.65~0.68范围内,法向发射率在8~9.5μm内有最小值0.53,而后稳定在0.58左右,其总法向发射率分别为0.66和0.59,且与测量值相符.该复合材料可用于红外吸收、消光材料和隐身涂料等方面.     

先驱体成型压强对膨胀石墨性能的影响

为了实现石墨插层化合物在光电干扰领域的应用,对不同成型压强可膨胀石墨先驱体的微观形貌、膨胀体积及膨胀后的红外干扰性能进行了研究.制备了一系列压强下的成型样品,采用扫描电镜分析其微观形貌变化并用体视显微镜观察了由成型先驱体制得的膨胀石墨蠕虫的形貌.对各样品的膨胀体积进行了测量,并测试分析了各样品所得膨胀石墨对8~14μm波段红外的干扰性能.结果表明:可膨胀石墨先驱体受压成型后其鳞片和片层发生弯折、扭曲甚至碎裂,被打开的片层间距变小,插层结构被破坏;成型压强由0MPa增至50MPa,其膨胀体积由356mL/g减小到216mL/g,相应膨胀石墨的红外遮蔽率从0.87减小到0.42.因此,可膨胀石墨先驱体受压成型会破坏其形貌,其膨胀体积和红外干扰性能随着成型压强的增大而减小.     

膨胀石墨制备及其1.064μm激光消光性能

基于两步氧化插层先驱体法制备了不同膨胀体积的膨胀石墨,分析了先驱体、膨胀石墨的微观结构和微观形貌;利用静态测试系统测试了膨胀石墨对1.064 μm激光的消光行为,据此计算了其对1.064 μm激光的质量消光系数,得到了该系数与膨胀体积的依赖关系,并从消光机理进行了原因分析.结果表明:通过控制和优化先驱体合成条件,可以制得膨胀体积高达600 mL· g-1的膨胀石墨;两步插层导致先驱体的层间距(d002)明显大于天然石墨,当其d002从0.359 0 nm增至0.371 1 nm时,所得膨胀石墨的膨胀体积从267mL·g-1增至600mL·g-1;膨胀石墨平均质量消光系数与膨胀体积呈近似线性关系,当膨胀体积由233mL·g-1增至600mL·g-1时,该系数从0.20 m2·g-1升至0.48m2·g-1;膨胀石墨对1.064 μm激光呈非选择性散射,膨胀体积大,导致几何面积大,对1.064μm激光的散射能力增强;同时,膨胀石墨中出现了更深的孔隙或孔腔,可作为等效黑体增强对入射激光的吸收.     

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.     

红外烟幕遮蔽率及其分布表征方法

目标与背景的辐射对比度是红外系统探测目标的主要依据,也是烟幕干扰重点降低的一个参量。结合辐射对比度的定义和红外定标原理,由目标和背景的视在辐射亮度引入其视在辐射对比度,并与目标和背景热像图的灰度值关联起来。利用烟幕遮蔽前后与目标和背景视在辐射对比度变化相对应的热像灰度对比度的变化,对烟幕遮蔽率进行表征。用提出的背景灰度方法对干扰实验结果进行了表征,计算得到3组试验的背景灰度值分别为91.902 4、88.002 0、33.285 6,并获得了目标区域各像元遮蔽率的直观分布图,克服了以往以点代面的评价方法。