铁酸镧B位掺Mn/Co/Cr试样的红外辐射性能与机理

采用高温固相烧结法制备了粉体材料LaFeO₃、LaFe_0.75Co_0.25O₃、LaFe_0.75Cr_0.25O₃和LaFe_0.75Mn_0.25O₃，通过XRD、FTIR、SEM、XPS等检测手段对材料进行表征，同时运用CASTEP模块模拟计算了材料的电子能带结构和光学性质。实验结果表明：掺入Mn/Cr/Co离子后晶格发生畸变,晶格对称性降低。Mn/Cr/Co掺杂后的粉体材料在近中红外波段发射率排序为：掺Mn>掺Co>掺Cr>纯LaFeO₃，其中掺Mn在0.2～2.5μm波段为0.8722，2.5～5μm波段为0.6755，远大于纯LaFeO₃的发射率（近中红外波段发射率均为0.5左右）。发射率提升的机理在于：Mn掺杂后,引入了Mn³⁺杂质能级，产生了激活能小的Mn³⁺?Mn⁴⁺跳跃小极化子，电子-氧空位载流子吸收亦增强，同时体系的晶格畸变导致振动吸收加剧。第一性原理计算结果表明掺杂Mn/Cr/Co材料的禁带宽度分别0.793eV、2.406eV、1.722eV均小于纯LaFeO₃的3.817eV，结合态密度计算结果分析其原因，主要Mn3d、Cr3d、Co3d轨道与O2p轨道杂化形成杂质能级，同时Mn3d、Cr3d、Co3d在导带也存在态密度峰，且峰的位置都比LaFeO₃峰更靠近费米能级，作为新的导带底相当于缩短了价带顶到导带底之间的间隙宽度。LaFe_0.75Mn_0.25O₃材料在近中红外波段的优异辐射性能表现，可作为耐高温抗氧化高发射率材料在高温热工炉窑具有潜在应用前景。     

Infrared radiation and thermal cyclic performance of a high-entropy rare-earth hexaaluminate coating prepared by atmospheric plasma spraying

In this study, a high-entropy RMgAl₁₁O₁₉ (HE-RMA, R = La, Pr, Nd, Sm, Gd) and LaMgAl₁₁O₁₉ (LMA) coatings were fabricated by atmospheric plasma spraying. The phase composition, microstructure, thermal stability, infrared emissivity performance and shock resistance were comparatively characterized. The results showed that doping multiple rare-earth cations could be conductive to enhance the infrared emissivity. The as-sprayed HE-RMA coating exhibited the highest infrared emissivity, which reached up to 0.971 at 1000 °C. The reason for the improvement of the infrared emissivity was attributed to introduced impurity energy level resulting from doping cations, which could reduce the forbidden bandwidth and increase probability of electronic transition. Meanwhile, HE-RMA coating exhibited better shock resistance at 1100 °C due to superior fracture toughness (1.84 ± 0.41 MPa·m^1/2) during thermal cycling test at 1100 °C. In addition, HE-RMA coating still exhibited high infrared emissivity (0.932 at 1000 °C) at 1100 °C annealing for 100 h with only a slight reduction.     

Sn1- x Sm x O2 微纳米纤维的红外发射率与激光吸收性能：实验研究与第一性原理仿真

采用静电纺丝法结合热处理工艺制备了Sn_1-xSm_xO₂(x=0%,8%,16%,24%,质量分数,下同)微纳米纤维,表征了产物的物相、形貌、激光吸收性能和红外发射率,同时基于密度泛函理论的第一性原理对比分析了Sn_1-xSm_xO₂(x=0%,16%)的相关光电性质,进一步从电子结构角度解释了Sm³⁺掺杂对SnO₂红外发射率和激光吸收的作用机理。结果表明：经600℃煅烧后,Sn_1-xSm_xO₂均为单一金红石型结构,呈现出良好的纤维形貌,纤维相互交错,形成无规则三维网状结构,且各元素在纤维上分布均匀。随着Sm³⁺掺杂量的增大,产物在1064和1550 nm处的反射率逐渐降低,红外发射率先减小后增大。当x=16%时,在1064 nm处的反射率为53.9%,在1550nm处的反射率为38.5%,在8-14μm波段的红外发射率为0.749...     

Determination of Flame Emissivity in Hydrocarbon Pool Fires Using Infrared Thermography

A methodology is proposed for the determination of flame emissivity in hydrocarbon pool fires using infrared thermography. Experiments on gasoline and diesel oil pool fires with diameters of 0.13, 0.18 and 0.5 m were carried out, determining the flame emissivity for these types of fires in transition regime and turbulent regime. Also analysed was the evolution of the flame emissivity depending on the pool diameter, and a new correlation for the estimation of the emissivity depending on the above mentioned diameter was obtained.     

单片低辐射玻璃谱带模型及其数值模拟

采用谱带模型,考虑了各个波段透射率、反射率对传热的影响,对单片低辐射玻璃的传热过程进行了研究,提出了描述此传热过程的非线性方程组;考虑对流、太阳辐射及外界和室内辐射等边界条件,并采用了牛顿法解方程组.计算结果表明,单片低辐射玻璃镀膜层向室内放置比较合理;另外,讨论了玻璃厚度、室内温度、室外风速对玻璃传热的影响.     

煤田土壤热红外发射率特征及其有机质估算模型

利用傅立叶热红外光谱仪探测煤田土壤的光谱数据和土壤有机质含量数据,分析了原始光谱发射率的特征,求算原始发射率的一阶、二阶导数,分别建立原始发射率、一阶导数、二阶导数与有机质之间的模型,检验和评价了每个模型的适用性。结果表明：(1)土壤的有机质含量随着地表地物类型和周边环境的不同而存在明显差异;(2)无论有机质含量存在多大的差异,热红外光谱发射率随波长的增加的而变化的趋势不变;但土壤热红外光谱的发射率在8-11.5 um范围内最敏感,有机质含量的大小会对其敏感性产生影响;(3)一阶导数、二阶导数的发射率与有机质的相关性明显优于原始发射率数据,发射率数据的导数处理能够有效的增强与有机质之间的相关性,且在该研究区发射率数据的二阶导数与有机质含量相关性最高;(4)一阶导数和二阶导数的热红外光谱发射率与有机质含量之间的拟合函数效果均较为良好,尤其二阶导数发射率的指数函数效果最佳;一阶导数的多元逐步回归拟合模型预测能力略优于线性函数模型。     

一种新型的用于红外灵敏探测的低背景光谱仪

提出了一种新型的基于反射光栅干涉仪的低背景光谱仪,当使用工作在背景限制条件下的探测器时,降低背景噪声,有利于提高光谱仪系统的探测率,进而可提高光谱仪的信噪比.由于理想反射镜发射率为零,故其干涉仪组件无黑体辐射.因此,基于低温光源、低温探测器和光栅干涉仪的光谱仪,其探测到的背景辐射大幅降低.进而得到低背景下的探测率实现灵敏探测.理论分析表明随背景辐射的降低,背景限制条件下探测器的探测率可大幅提高.理想情况下,对工作在背景限制下的碲镉汞探测器,当由300 K的背景辐射降至77 K时,其探测率和相应光谱仪的信噪比可提高三个数量级.另外,与之前报导的低温迈克尔逊光谱仪相比,它结构紧凑且无需对干涉仪降温,易于搭建.该设计对红外灵敏探测有重要意义.     

非全视场条件下目标红外发射率的测试和计算

非全视场条件下测试物体辐射特性时,背景干扰是影响其准确性的最关键因素。根据普朗克辐射定律,通过方法研究和公式推导消除背景干扰,建立了非全视场条件下目标辐射特性的测试和计算方法。在此基础上,采用SR-5000N 光谱辐射计,在全视场和非全视场两种模式下开展铝板和碳纳米管(MWCNTs)复合涂层的红外光谱发射率测试实验,进一步验证该测试计算方法的有效性。结果表明,在非全视场条件下,尤其在测定高发射率目标时,该方法得到的样品红外发射率与全视场条件下的测试结果数据较为一致,可基本反映样品的真实光谱特性,有效解决了视场大小对目标辐射特性测试的局限,拓展其应用领域。     

EPDM基低发射低反射涂料的制备及其性能

以红外透明的三元乙丙橡胶(EPDM)为基料,通过优化金属颜料的种类、掺量、形貌及粒度,制备了EPDM/Cu,EPDM/Al,EPDM/Ni及EPDM/Cu-Al等低发射低反射涂料.对上述4种涂料所制成的涂层进行红外发射率和反射率测试,并采用红外光谱仪进行化学结构表征,从涂层发射率、反射率及化学结构等角度分析了涂层低发射低反射的形成机理.结果表明:EPDM/Cu粉和EPDM/Al粉涂层的红外发射率达0.33~0.40,太阳能反射率达0.38~0.53,它们均具备低发射低反射性能.通过模拟寒冷地区环境,对EPDM基低发射低反射涂层进行保温特性测试,发现EPDM/Cu粉涂层平衡时相对温降达4℃,保温效果良好.     

Tb4O7掺杂Cr2O3-TiO2基高发射率涂层结构及辐射性能研究

目的提高Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的辐射性能。方法以Cr_2O_3、TiO_2、NiO、Tb_4O_7为原料,经喷雾干燥及高温烧结致密化处理,制备成具有尖晶石和钙钛矿混合结构的Cr_2O_3-TiO_2基复合团聚型粉体,利用大气等离子喷涂法在TC4钛合金表面制备Tb_4O_7掺杂型Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、IRE-2红外辐射测试仪,分别对样品的显微组织结构、物相组成及辐射性能进行了表征。结果团聚造粒后,复合粉体的球形度和流动性较好,可满足等离子喷涂连续使用。所制备的Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的熔化状态较好,扁平化程度较高,涂层中掺杂的Tb元素分布均匀。Tb~(4+)、Tb~(3+)等稀土元素离子,取代NiCr_2O_4尖晶石结构中半径相近的Ni~(2+)、Cr~(3+),导致单一晶体结构的整齐度被破坏,晶胞体积的变化引起晶体结构产生畸变,辐射条带显著加强和宽化。随着Tb_4O_7掺杂量的增多,涂层发射率逐渐上升,当掺杂量达到7.5%时,涂层在600℃的法向全发射率达到0.91。结论 Tb_4O_7稀土氧化物的加入可以有效提高Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的发射率,稀土掺杂诱发尖晶石晶体结构畸变,从而改善涂层的辐射性能。