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利用能量對(duì)比法測(cè)量高溫材料發(fā)射率

高溫材料在航空航天溝通機製、能源轉(zhuǎn)換、紅外隱身及輻射測(cè)溫等諸多領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵作用註入新的動力，而精確掌握其光譜發(fā)射率是實(shí)現(xiàn)熱輻射特性評(píng)估與控制的基礎(chǔ)領先水平。由于材料發(fā)射率并非物質(zhì)的本征屬性，而是與溫度、波長(zhǎng)戰略布局、表面狀態(tài)等因素密切相關(guān)事關全面，因此其測(cè)量在高溫條件下尤為復(fù)雜。本文聚焦于“能量對(duì)比法”在高溫材料光譜發(fā)射率測(cè)量中的原理狀態、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及優(yōu)勢(shì)技術節能。
一、能量對(duì)比法原理概述
能量對(duì)比法是一種基于發(fā)射率定義的直接測(cè)量方法廣泛認同。具體而言國際要求，在相同的溫度、波長(zhǎng)和視角條件下鍛造，測(cè)量待測(cè)材料與理想黑體的輻射能量競爭激烈，二者之比即為材料在該條件下的光譜發(fā)射率。其基本公式如下：
其中??sample和??blackbody分別表示樣品與黑體在波長(zhǎng)??和溫度??條件下的輻射亮度改善。由于該方法無(wú)需對(duì)發(fā)射率模型進(jìn)行假設(shè)空白區，具有理論清晰、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)信息化，成為當(dāng)前高溫發(fā)射率研究中的主流技術(shù)之一形勢。


二、測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建與溫度范圍
研究人員構(gòu)建了一套基于能量對(duì)比法的高溫光譜發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)優勢領先。該系統(tǒng)涵蓋了從中溫段（473 K）至超高溫段（2373 K）的寬溫度范圍迎來新的篇章，并可覆蓋從近紅外到遠(yuǎn)紅外（0.8–27 μm）的波長(zhǎng)區(qū)間。

系統(tǒng)采用獨(dú)立黑體作為標(biāo)準(zhǔn)輻射源推動並實現，通過(guò)高精度溫控裝置實(shí)現(xiàn)樣品與黑體溫度的一致性薄弱點。為確保測(cè)量光路的一致性，系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用對(duì)稱光路設(shè)計(jì)優化程度，并利用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）結(jié)合多波段紅外探測(cè)器積極性，實(shí)現(xiàn)寬光譜高分辨率的輻射能量采集。此外不斷豐富，還通過(guò)激光對(duì)準(zhǔn)和真空腔體設(shè)計(jì)實施體系，降低了背景輻射和信號(hào)干擾。

三各有優勢、測(cè)量策略與樣品適配
為適應(yīng)寬溫區(qū)間內(nèi)不同材料的發(fā)射率測(cè)量需求效果較好，系統(tǒng)采用“分溫區(qū)測(cè)量策略”，在中溫區(qū)（473–1073 K）與高溫區(qū)（1073–2373 K）分別布設(shè)了不同的加熱裝置與控溫模塊持續。高溫段采用大功率直流電源加熱等多個領域，樣品放置在高純鎢舟中，通過(guò)紅外高溫計(jì)與熱電偶聯(lián)合測(cè)溫產品和服務，確保溫控精度達(dá) ±1 K應用擴展。
通過(guò)與黑體腔的同位比輻射測(cè)量體驗區，可有效評(píng)估金屬（如鎢、鈦活動上、鋁）與非金屬（如石墨）材料在高溫條件下的光譜發(fā)射率有望。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)在2373 K的高溫條件下依然保持良好的測(cè)量穩(wěn)定性與重復(fù)性導向作用。

四方案、與其他方法的比較優(yōu)勢(shì)
相較于多波長(zhǎng)法、量熱法和反射法堅持好，能量對(duì)比法具有如下突出優(yōu)勢(shì)：
原理簡(jiǎn)潔即將展開，結(jié)果可直接溯源至黑體輻射定律大幅增加，避免模型擬合誤差特性；
可適配多種材料形狀和高溫環(huán)境，適用性強(qiáng)等特點；
測(cè)量精度高的積極性，綜合不確定度可控制在3.8%以內(nèi)；
支持高溫下的發(fā)射率測(cè)量至關重要，是少數(shù)能達(dá)到2000 K 以上準(zhǔn)確測(cè)量的手段不久前。
然而，該法對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的光路一致性提升行動、溫度一致性和設(shè)備穩(wěn)定性提出了較高要求能力建設，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程復(fù)雜。
能量對(duì)比法作為發(fā)射率測(cè)量領(lǐng)域的重要技術(shù)路徑研究進展，尤其在高溫條件下展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)無障礙。其直接、精確快速融入、可擴(kuò)展的特點(diǎn)認為，使其成為新材料熱性能評(píng)估、熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與紅外材料開(kāi)發(fā)中的核心支撐技術(shù)增強。隨著高性能紅外探測(cè)器與光譜分析系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展重要意義，基于能量對(duì)比法的發(fā)射率測(cè)量體系將持續(xù)拓展其應(yīng)用邊界，并在高溫工程材料的研究與應(yīng)用中發(fā)揮更大作用更加廣闊。