颜料含量对复合涂层红外发射率的作用机制研究

以聚氨酯(PU)为粘合剂,某片状金属粉为颜料,采用刮涂法制备了PU/片状金属复合涂层。对不同颜料含量条件下涂层的红外发射率进行了测试,并采用扫描电镜对涂层的微结构进行了观察。发射率测试结果表明,涂层发射率随金属粉含量增加呈“∪”型变化。微结构观察结果表明,PU/片状金属复合涂层由PU和片状金属粉交错堆叠而成,具有类似一维光子结构特征。基于涂层的微结构特征,对具有转折变化特征的4个金属粉含量点状态下涂层中一维光子结构的反射光谱进行了模拟计算,结果表明：PU/片状金属复合涂层的发射率随金属粉含量变化呈“∪”型变化关系特征主要是由涂层中一维光子结构的主反射峰中心波长随颜料含量增加所产生的蓝移现象引起的。     

含颗粒涂层的等效光学常数

提出了一种计算含颗粒涂层的等效光学常数新方法.仔细地考虑了球状、柱状和片状颗粒对光的吸收和散射，得到了这种涂层的表观反射率，将这个反射率等效于一个均匀涂层的反射率，从而得到了含颗粒涂层的等效光学常数. 关键词：     

可见光隐身涂料设计

根据颗粒粒径与波长相比的不同情形，分别用粗粒子理论、细粒子理论和桥理论求得颗粒的 光散射系数和吸收系数，从而得到含颗粒涂料的漫反射率.讨论了涂料参数如黏结剂和颗粒 的光学常数、颗粒粒径和体积比等对漫反射率的影响.并以含钛白粉颗粒的涂料为例，介绍 了可见光隐身涂料的计算机设计方法. 关键词： 非均匀涂料 涂料设计 可见光隐身     

树脂锚定SiO2粒子构建减反射表面模拟

结合当前塑料基材表面构建减反射结构的现状和趋势,使用COMSOL Multiphysics软件在可见光谱范围内研究了中空二氧化硅粒子（HSP）和HSP-实心二氧化硅粒子混合对所构成的减反射表面的光学性能的影响。具体考察的因素包括：HSP的尺寸、空心度、粒子间距、树脂覆盖高度、入射角和排布方式等几何参数。结果表明,当采用半径为100 nm的HSP,且树脂覆盖粒子一半高度时,在六方格子排布的HSP间隙掺入小尺寸实心二氧化硅粒子,可在整个可见光谱范围内获得较低的反射率,涂层的平均反射率可低至0.24%。     

水性丙烯酸聚氨酯涂料中反应性缓蚀剂掺入及其耐蚀性能

利用磷酸和双酚A环氧树脂反应得到功能性缓蚀剂羟基环氧磷酸酯(HEP). 将其添加到水性羟基丙烯酸树脂中,再与水性异氰酸酯固化剂交联,制备了水性羟基环氧磷酸酯/丙烯酸聚氨酯复合涂层(HEP-APU). 由于磷酸酯基团可以与金属基体发生反应,在金属表面形成一层磷化膜,极大的提升了金属的抗闪蚀能力. 利用电化学阻抗谱和极化曲线研究HEP-APU复合涂层对Q235碳钢在3.5wt% NaCl溶液中耐蚀性能. 结果表明,HEP-APU涂料对Q235碳钢具有优越的钝化和耐腐性能,且当HEP在水性丙烯酸聚氨酯涂料中质量分数为0.5%时,所得到的复合涂层的防腐性能最佳.     

分层化金属陶瓷光热转换涂层的微结构构筑与热稳定性

针对金属陶瓷基光热转换涂层高温热稳定性不足的核心问题,提出构筑吸光纳米颗粒分层化结构来替代传统金属陶瓷涂层中纳米颗粒随机分布的结构,这不仅可以抑制高温下涂层中纳米颗粒的团聚和长大,而且能够增强涂层与太阳光的交互作用,达到热稳定性和选择吸收性能的同步提升.基于此思想,本文设计并制备了Cr/AlCrN/AlCrON/AlCrO多层金属陶瓷光热转换涂层,对其微结构、光学性能和热稳定性进行了详细的研究.研究结果表明,沉积态涂层的吸收率达到了0.903,发射率为0.18.3,而且在500℃、大气环境下退火1000 h后,涂层的吸收率竟提高至0.913,发射率也仅有0.199,表现出良好的光谱选择吸收性和优异的高温热稳定性.微观组织分析发现,在AlCrON吸收层内形成了AlN,Cr₂N纳米颗粒嵌于非晶陶瓷电介质基体的稳定双相复合结构,并且AlN,Cr₂N纳米颗粒呈分层化规则排列.时域有限差分(FDTD)模拟表明,纳米粒子的分层化分布可以将光子囚禁在AlCrON层内,从而增强太阳光和涂层的作用时间和强度,有助于提升涂层对太阳光的吸收,而且退火过程中纳米颗粒...     

聚丙烯釜内合金初生态树脂粒子研究

针对Ziegler-Natta/茂金属复合催化剂基于Spheripol工艺制备的聚丙烯釜内合金的初生粒子中存在的两种外观形貌的粒子,采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)、偏光显微镜(POM)、热分析(DSC)和力学性能测试等方法对白色和半透明的初生态树脂粒子进行了组成、结构和力学性能的比较研究。FTIR,NMR和SEM结果表明,两者外观形貌的差异主要是二段聚合中乙烯-丙烯共聚物的含量和分布不同。DSC和POM结果表明,乙烯-丙烯共聚物的存在使半透明粒子中聚丙烯的结晶速率高于白色粒子。力学性能测试结果表明,由于乙烯-丙烯共聚物含量少,白色粒子的冲击韧性明显低于半透明粒子,但拉伸强度和弯曲模量明显高于半透明粒子。并基于聚合工艺提出了两种初生粒子形成的可能机理。     

透明光学树脂中Eu3+辐射参数的理论和实验研究

报道了一种新合成的含三元稀土配合物的透明光学树脂材料的辐射特性的研究。基于J-O参数理论,利用含稀土配合物Eu(TTA)3phen-0.31wt%的光学树脂的发射荧光光谱,计算了Eu3 在光学树脂基质中的J-O参数Ω2=10.139 4×10-20cm2,Ω4=3.810 9×10-20cm2,Ω6=9.050 7×10-20cm2。利用得到的J-O参数可以计算光学树脂中Eu3 的跃迁振子强度fcal,5D0激发态的辐射跃迁概率A(456.6 s-1)、辐射寿命τ(2 190.1μs),还计算了光学树脂中Eu3 的跃迁5D0→7FJ′(其中J′=1,2,4,6)的发射截面σ、荧光分支比β。通过分析计算得到的J-O参数可知,光学树脂中Eu3 的5D0亚稳态的寿命较长,跃迁5D0→7F2的发射截面最大,说明含稀土配合物的光学树脂具有作光放大或激光材料的潜在性。     

Te/TeO2-SiO2复合薄膜的吸收和非线性光学特性研究

应用分光光度计测量Te/TeO₂-SiO₂复合薄膜的透射光谱和吸收光谱, 在480nm附近观察到Te颗粒引起的等离子体共振吸收峰; 采用Z扫描技术研究了共振(激发波长为532 nm)和非共振情况下(激发波长1064 nm) 不同电位制备薄膜的Te颗粒状态与复合薄膜的三阶非线性极化率的关系. 基于有效介质理论对复合薄膜的三阶非线性效应进行分析, 研究Te颗粒大小对Te/TeO₂-SiO₂复合薄膜的非线性光学性质的影响及其产生机理. 结果表明薄膜制备过电位增大, Te的粒径减小, 颗粒数量多, 颗粒分布趋于均匀, 使得金属颗粒的表面等离子体共振峰红移, 吸收强度增强, 导致三阶非线性光学效应增强, χ⁽³⁾由1064 nm的5.12×10^-7 esu增大为532 nm的8.11×10^-7 esu. 关键词： 碲 二氧化碲 复合薄膜 三阶非线性     

银纳米颗粒减反射特性的理论研究

为增强晶体硅太阳电池的光利用效率,提高光电转换效率,研究了金属银纳米颗粒的光学散射性质.基于银纳米粒子表面等离子激元效应和MIE散射理论,采用Matlab数值计算,理论分析了不同银纳米颗粒尺寸和银粒子分布密度对太阳光谱各波长的散射特性.获得了实现高的光透过率所需最佳银纳米颗粒半径范围,研究发现随着银纳米颗粒半径增加,偶极峰红移、高极峰逐渐出现.定量地给出了最佳颗粒分布密度随银粒子半径的变化规律,建立了计算减反射膜透射率的理论方法,找到了银纳米颗粒光学透过率的简单函数表达式,能为实验研究提供理论指导. 关键词： 银纳米颗粒 透过率 MIE理论 太阳电池     

散射模型和有效粒子半径对卷云光学厚度反演的影响

为研究不同散射模型和有效粒子半径对卷云光学厚度反演的影响,计算了不同光学厚度下,一般种类混合模型(GHM)、实心柱状模型(SC)和聚合物实心柱状模型(ASC)取不同有效粒子半径时的反射率。理论分析了不同散射模型及其不同有效粒子半径对卷云光学厚度反演结果的影响。使用基于倍加累加法的矢量辐射传输模型RT3计算3种模型卷云光学厚度查找表,基于POLDER数据,采用查找表法进行卷云光学厚度反演实验,实验结果与理论分析一致。结果可知:采用不同散射模型反演得到的卷云光学厚度存在较大差异,相比GHM和SC模型,ASC模型卷云光学厚度反演结果更接近POLDER产品;有效粒子半径越大,光学厚度反演结果越大,GHM和SC的增幅较大,而ASC增幅很小。因此,在不具备有效粒子半径反演能力时,建议采用ASC模型反演卷云光学厚度,以减小有效粒子半径变化对反演结果的影响。上述研究对我国GF-5卫星的卷云光学厚度反演的散射模型选取及反演结果评价具有参考价值。     

航空复合涂层材料的激光烧蚀效应

针对航空激光防护技术研究需求,开展了复合涂层材料的激光烧蚀效应综合研究。采用圆棒固体激光器作为测试光源,搭建了具有在线温度测量功能的烧蚀实验平台。在此基础上,对聚碳硅烷(PCS)涂层样品开展了激光烧蚀实验。通过对烧蚀区域形貌和温度数据的对比分析,证明了PCS复合材料具备显著的激光防护作用。同时,从理论方面对涂层的激光防护机理进行了研究,基于材料热传导方程,建立了激光烧蚀过程的热力学模型,对温度场变化进行了模拟。研究结果表明,在复合涂层的保护下,kW级激光仅产生百℃的金属基底升温。     

有效介质近似在Cu-MgF2复合纳米颗粒薄膜光学性质中的适用性研究

采用射频磁控共溅射技术制备了Cu体积分数分别为15%和30%的Cu-MgF2复合纳米颗粒薄膜。透射电镜形貌图像表明,薄膜由不同形状的Cu晶态纳米微粒镶嵌于主要为非晶态的MgF2陶瓷基体中构成。用椭偏光谱技术计算得到Cu-MgF2复合薄膜在270~830 nm波段的光学常数谱。用考虑颗粒形状效应的有效介质近似计算得到Cu-MgF2复合薄膜在相同波段的光学常数谱。把两样品的透射电镜形貌图像与光学常数理论谱、实验谱相结合,分析讨论了Cu-MgF2复合薄膜的光学特性。结果表明:去极化因子取值0.33的麦克斯韦噶尼特(Maxwell-Garnett)模型可以较好地解释Cu体积分数为15%的Cu-MgF2复合薄膜的光学性质,而去极化因子取值0.6的布鲁格曼(Bruggeman)模型可以较好地解释Cu体积分数为30%的Cu-MgF2复合薄膜的光学性质。     

复介电常数的K-K修正对金属纳米球阵列结构光学特性的影响

对金属的复介电常数虚部进行了Kawabata-Kubo(K-K)修正,定量描述了表面等离激元产生的光学散射和吸收特性;利用米氏理论和电偶极子理论计算并分析了光入射到单个椭球状金属纳米微粒产生的消光特性;建立了椭球状纳米微粒周期阵列分布的光学偏振结构模型,利用COMSOL软件模拟计算了可见光到近红外波段的偏振光输出特性。以椭球的有效半径替代球半径,将K-K修正应用于金属椭球阵列结构的有限元模拟。修正后的金属纳米椭球阵列的透过率减小,消光光谱带宽增大,这与实验中单个金属颗粒的宽带强吸收特性趋势一致。     

含稀土化合物透明树脂的合成与光学性质

我们采用三种不同方法制备了含稀土化合物的光学树脂。第一种是含稀土甲基丙烯酸盐的透明树脂,第二种是采用直接掺杂法制备的含稀土配合物透明树脂,第三种是采用原位复合法制备的含稀土配合物透明树脂。通过对三种透明树脂的热稳定性、抗冲击性、紫外-可见吸收光谱、红外光谱、荧光光谱及核磁等方面的表征,结果表明获得的第二、第三种透明树脂具有非常好的透明性、发光性和相关物理机械性能,进一步比较三种透明树脂的发光性质发现第三种采用原位复合法制备的含稀土配合物透明树脂最好,这说明原位复合法是一种简便快捷合成透明荧光高分子材料的好方法。     

对炔基苯硫酚在银纳米粒子上的SERS光谱理论研究

对炔基苯硫酚分子吸附在银纳米粒子上表现出较强的表面增强拉曼光谱(SERS)信号。本文采用密度泛函理论(DFT)对炔基在银纳米粒子上不同吸附方式以及振动光谱进行了计算分析。研究结果表明,当炔基与金属之间有相互作用时,C≡C键伸缩振动的频率红移,拉曼强度显著增强。同时也从分子与金属作用角度初步探讨了实验所观测谱线宽度增宽的现象。此外,通过含时密度泛函理论(TD-DFT)进一步研究了吸附分子与金属之间的电荷转移性质,并分析了其预共振拉曼光谱。该工作初步建立了在银表面上炔键的吸附构型与SERS光谱之间的关系。     

纳米结构表面形貌成型机理及其对石墨烯拉曼光谱的影响

通过真空热蒸镀和高温退火法制备的金属纳米复结构SERS基底因其具有良好的灵敏度,稳定性和均匀性而广泛应用于各种检测领域。石墨烯具有优良的光学特性,化学惰性以及荧光猝灭效应,自被发现以后一直是光学微纳器件中的一大热门材料。石墨烯还可以有效分离探针分子与基底,优化拉曼光谱质量,因此广泛应用于SERS研究领域。同时石墨烯可以有效隔绝金属纳米结构与空气的直接接触防止金属纳米结构被氧化而失效,也可以催化氧化银的脱氧反应提升SERS基底的稳定性。在石墨烯/金属纳米复合结构SERS基底在制备过程中,受到金属膜的种类、厚度参数、气体种类、退火时间、温度和气压等因素的影响,制备的金属纳米结构形貌存在很大差异。石墨烯的拉曼光谱会因为应力和掺杂导致其拉曼特征峰出现不同程度的增强,移动以及展宽。（1）采用真空热蒸镀法和高温退火法制备石墨烯/银纳米复合结构SERS基底,建立了金属纳米颗粒成型机理的模型,从孔洞形成、孔洞生长、金属纳米岛形成三个阶段分析了金属纳米粒子的成型过程,实验沉积5,10,15以及20 nm的银薄膜,退火后银纳米结构的覆盖率分别为~35.1%,~24.4%,~30%以及~96.0%,在沉积银薄膜样品上使用湿法转移石墨烯,退火处理后发现石墨烯阻止了银纳米岛的形成过程;（2）理论分析了银薄膜厚度、石墨烯覆盖对复合结构的几何形貌、拉曼增强特性的影响,石墨烯由于其具有较高的杨氏模量和表面张力,可以有效抑制退火过程中银薄膜向纳米粒子转变的过程,从而实现对复合结构表面形貌的调控;（3）实验研究了银纳米粒结构形貌对石墨烯拉曼光谱的影响,并理论分析了蒸镀不同银薄膜厚度的样品对石墨烯的拉曼光谱增强,移动以及展宽影响的具体原因。     

非线性光学 非线性光学材料

O437 2005042691 颗粒复合介质在高温下的光学双稳特性=Optical bista- bility in granular composite media at high temperature[刊, 中]／陆兴中(苏州大学物理科学与技术学院,江苏,苏州 (215006)),高雷／／物理学报,-2004,53(12),-4373- 4377 利用Maxwell-Garnett近似,结合谱表示方法,理论研究了金属／绝缘颗粒复合介质的光学双稳特性随环境温度的依赖关系。数值结果表明,体系的光学双稳区域随环境温度的升高而逐渐变窄,甚至消失。还进一步研究了复合体系的折射系数和消光系数随温度的变化关系。图6参 23(严寒)     

颗粒复合介质在高温下的光学双稳特性

利用Maxwell-Garnett近似，结合谱表示方法，理论研究了金属/绝缘颗粒复合介质的光学双稳特性随环境温度的依赖关系.数值结果表明，体系的光学双稳区域随环境温度的升高而逐渐变窄，甚至消失.还进一步研究了复合体系的折射系数和消光系数随温度的变化关系. 关键词： 颗粒复合介质 光学双稳     

航空复合涂层材料的激光烧蚀效应

针对航空激光防护技术研究需求,开展了复合涂层材料的激光烧蚀效应综合研究。采用圆棒固体激光器作为测试光源,搭建了具有在线温度测量功能的烧蚀实验平台。在此基础上,对聚碳硅烷(PCS)涂层样品开展了激光烧蚀实验。通过对烧蚀区域形貌和温度数据的对比分析,证明了PCS复合材料具备显著的激光防护作用。同时,从理论方面对涂层的激光防护机理进行了研究,基于材料热传导方程,建立了激光烧蚀过程的热力学模型,对温度场变化进行了模拟。研究结果表明,在复合涂层的保护下,kW级激光仅产生百℃的金属基底升温。 (1. AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China;2. Chengdu Fine Optical Engineering Research Center, Chengdu 610041, China)