卷云在红外波段辐射传输特性模拟计算

采用离散纵标法(DISORT)耦合大气分子吸收散射,考虑地表的热辐射以及地表反射,模拟计算了卷云大气的反射率以及透过率。研究了在红外波段卷云的光学厚度、有效尺寸及不同大气模式等因素对于辐射特性的影响。结果表明,卷云大气反射率受地表热发射的影响很大,且随卷云光学厚度增大减小。大气模式对于卷云大气辐射传输特性影响显著,比较而言,卷云的粒子尺寸影响较小。     

含片状粒子涂层的热辐射

用几何光学绕射理论研究了片状粒子的散射，由非均匀系统的热辐射传输方程求出了含片状粒子涂层的表观比辐射率，讨论了片状粒子的线度、体积化、涂层厚度等因素对涂层系统辐射性能的影响，比较了含片状粒子涂层和含球状粒子涂层的辐射性能。     

云粒子探测器研究

介绍了米氏(Mie)散射理论,设计了基于米氏散射理论的云粒子探测器.该探测器使用685nm的二极管激光器照亮敏感区域的云滴粒子.光学接收部分分为前向散射和后向散射两部分,前向散射接收云粒子立体角在4°～12°的散射而后向散射接收126°～134°之间的能量.根据前向散射信号的强度可以确定云滴粒子尺寸,云粒子尺寸确定后,可以利用前向散射和后向散射的比值推断被测云粒子的相态.利用米氏散射理论计算了云粒子散射能量强度随粒子尺寸的变化和前、后向散射能量比随云粒子折射率的变化.     

非球形簇团核壳结构粒子的激光散射特性

在冰晶粒子异质核化理论基础上,建立了椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子模型,利用离散偶极子近似法(DDA)数值计算同一入射波长下,有效尺寸对核壳结构冰晶粒子消光效率、吸收效率和散射效率的影响、中间均匀混合层对核壳结构冰晶粒子散射强度的影响以及Mueller矩阵元素随散射角度的变化情况。数值结果表明:随着有效尺寸的增大,椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子的消光效率、吸收效率和散射效率随着有效尺寸的增大分别呈现不同的变化趋势;在相等尺寸条件下,散射强度随散射角度的变化情况与粒子形状有密切关系,且相比于椭球形和六角平板两种簇团形核壳结构冰晶粒子,六角棱柱核壳结构冰晶粒子的前向散射强度最大,散射强度随散射角度的变化曲线振荡更明显。根据Mueller矩阵元素随散射角度的分布情况,可以看出六角棱柱簇团形冰晶结构的散射方向最明显,前向散射强度最大,六角平板和六角棱柱簇团形冰晶结构的Mueller矩阵元素相对球形和椭球形在后向散射场区域的偏差更明显。论文的研究结果为进一步分析复杂冰晶粒子的散射特性,开展高空云层中各种复杂几何形状簇团冰晶粒子的散射特性研究和分析提供支持。     

激光原位合成颗粒尺寸对铁基复合涂层耐磨性的影响

为研究增强颗粒的分布状态对颗粒增强金属基复合材料涂层耐磨性的影响,运用原位合成复合碳化物的思想,通过控制强碳化物形成元素之间的成分配比,用激光熔覆的方法在45钢表面制备了原位复合碳化物颗粒增强铁基复合涂层,涂层具有预期典型的颗粒分布特征.通过常温油润滑重载荷下的MHK环块磨损对比实验,研究了不同颗粒尺寸下涂层的耐磨性能.研究表明:相对于常规表面处理方式,激光原位合成颗粒增强复合涂层具有优异的耐磨性能,但颗粒平均尺寸的差异对涂层耐磨性具有显著影响.颗粒尺寸过大或过小都不利于耐磨性能的提高,只有具有适当尺寸的颗粒才有利于获得最高的耐磨性能.最后优选了涂层具有最佳耐磨性能时颗粒的分布状态.     

近180°水中悬浮颗粒物体积散射函数测量

针对目前国内外现有的体积散射函数测量系统在后向小角度散射测量上的局限性,提出了基于离轴反射式光路的近180°水体体积散射函数测量方法并研发了实验室测量系统。系统采用离轴抛物面反射镜,将后向小角度散射光和入射激光分离,减小了系统后向小角度散射的测量盲区,而且能够获取全方位角的后向小角度散射光信号。选取聚苯乙烯标准粒子用于测量系统定标检验,结果表明,定标后的测量系统能够完成在173°~179.4°范围内水中悬浮颗粒物体积散射函数的测量,角度分辨率为0.01°。经对比分析,体积散射函数测量值与米散射理论值具有很好的一致性,验证了系统测量近180°水体体积散射函数的准确性和可行性。     

ZnSe纳米晶材料的超快吸收谱

通过改进的溶剂热方法,以KBH4作为还原剂,在三乙胺溶液介质中制备了ZnSe纳米晶材料.与ZnSe体材料相比,其纳米材料的稳态吸收边发生了蓝移,而且纳米颗粒的尺寸越小,蓝移量越大,这是由于随着尺度减少而引起的量子限制效应增强造成的.对在溶液中的ZnSe纳米颗粒的超快吸收谱的研究表明,当纳米颗粒的平均尺寸为75nm时,电子-声子散射时间为8.74ps;当平均尺寸为45nm时,散射时间为2.77ps.随着纳米颗粒尺寸的减小,载流子与颗粒表面的非弹性碰撞几率增加,从而使载流子-声子耦合的强度增强,导致载流子-声子散射时间缩短.     

ZnSe纳米晶材料的超快吸收谱

通过改进的溶剂热方法,以KBH4作为还原剂,在三乙胺溶液介质中制备了ZnSe纳米晶材料.与ZnSe体材料相比,其纳米材料的稳态吸收边发生了蓝移,而且纳米颗粒的尺寸越小,蓝移量越大,这是由于随着尺度减少而引起的量子限制效应增强造成的.对在溶液中的ZnSe纳米颗粒的超快吸收谱的研究表明,当纳米颗粒的平均尺寸为75nm时,电子-声子散射时间为8.74ps;当平均尺寸为45nm时,散射时间为2.77ps.随着纳米颗粒尺寸的减小,载流子与颗粒表面的非弹性碰撞几率增加,从而使载流子-声子耦合的强度增强,导致载流子-声子散射时间缩短.     

金属颗粒复合介质膜的有效非线性光学性质的数值研究

利用退耦近似方法,数值研究了任意体积分数特别是高体积分数的金属颗粒复合介质膜的有效线性介电函数和三阶非线性效应的变化,得到了非线性增强的最佳体积比.在不同体积分数下研究了复合体系的三阶非线性效应随入射光频率的变化关系,结果表明在表面等离子体共振频率附近,三阶非线性效应随着体积分数的增加而增强,但是当体积分数增加到一定值时由于粒子之间的相互作用对局域场的影响导致了三阶非线性效应的降低.     

混合层折射率对核壳冰晶散射特性影响研究

为进一步研究冰晶粒子的激光散射特性,建立了考虑中间混合层的多层核壳冰晶粒子结构模型,给出了均匀混合介质层的折射率计算式。展开讨论了0.86 μm、1.06 μm两波长下,中间混合层厚度、粒子尺寸大小等对烟煤-冰晶、烟煤-冰晶-水雾两种特殊核壳结构冰晶粒子散射特性的影响。数值结果表明:与理想的核壳结构冰晶粒子相比,考虑中间混合层的核壳结构冰晶粒子的散射强度较小,随着核壳结构冰晶粒子分层数的增多,散射特性差异增大。散射强度与粒子尺寸成正比,且随着粒子尺寸的增大,核壳结构冰晶粒子散射光的方向性增强,散射光强随散射角度的分布越复杂。     

星载微波辐射热定标源辐射性能研究与应用

基于周期性阵列角锥结构星载微波辐射热定标源,运用时域有限差分算法(Finite Difference Time Domain,FDTD),建立有限大辐射体电磁波散射模型,探索该结构下热定标源在6.3～230 GHz 内辐射特性变化趋势,分析热定标源辐射性能(包括反射率r和发射率e)随涂层厚度t、角锥高宽比以及角锥宽度p 的变化规律。研究结果表明:热定标源反射率在低频段主要依赖涂层吸波性能,高频段则主要取决于涂层界面反射率;在低频段内,随涂层厚度的增加,热定标源反射率逐渐减小,发射率有所增大,但在高频处,呈现出较快的震荡趋势;在特定涂层厚度下,随着角锥高宽比增加,热定标源在全工作频段内反射率减小,发射率增大,且随着角锥宽度的增加,反射率增大,发射率减小。综合热定标源辐射性能研究结果,结合型号产品具体应用需求,设计开发出热定标源产品,并进行发射率测量,实测发射率均为0.998。     

红外隐身涂层发射率的仿真计算

建立了基于Kubelka-Munk理论的红外隐身涂层发射率仿真计算模型。以Al粉颗粒作为颜料粒子,采用Maxwell-Garnett有效介质理论计算分析了涂层的等效折射率与波长的关系。从电磁波与颜料相互作用的机理出发,采用几何光学理论计算得到了涂层的吸收系数和散射系数。定量分析了铝粉颗粒粒径以及体积分数对涂层发射率的影响。结果表明,该模型对红外隐身涂层的制备具有一定的指导意义。     

低红外发射率韧性涂料的制备与表征

通过资料调研和大量的实验研究,采用质量分数20%的片状铝粉(50μm)为功能粒子,环化橡胶为胶粘剂,在柔性薄膜上5次涂覆后,其红外发射率可降至0.55,满足了轻质诱饵红外隐身的实用要求.     

Pastes for electromagnetic interference shielding

A paste has been developed for electromagnetic interference shielding by mixing stainless steel fibers (8-μm diameter) and graphite flakes (5 μm) in a water-based graphite colloid (containing submicron graphite flakes and a binder) in a volume ratio 0.5:20:100. The resulting coating of thickness 0.1–0.2 mm after drying exhibits shielding effectiveness of 34 dB at 1 GHz, primarily due to reflection. The paste is superior to those containing graphite flakes or carbon filaments (0.1-μm diameter), due to the higher shielding effectiveness of the steel fibers. The graphite flakes in the paste serves to help suspend the steel fibers, in addition to contributing to shielding.     

8~14μm波段水性红外隐身涂料研究

从基体树脂、填料和涂层综合性能三方面对8~14m波段水性红外隐身涂料进行了研究。用红外发射率测量仪测量了涂层在8~14m波段的红外发射率,用红外光谱仪测量了树脂红外吸收图谱,用扫描电镜观察了涂层表面形貌。结果表明,丙烯酸树脂在8~14m波段有较高的红外透明性,适合做涂料基体树脂;铝银浆能在涂层中形成致密的反射层,适合做红外隐身涂料的填料;填料的粒径、含量和形态都对涂层的发射率有较大的影响;选用钢板为基材,以丙烯酸树脂为基体树脂,粒径2000目、浮铝百分比为50%的铝银浆为填料,当涂层中填料含量为15%时,测得其发射率为0.34。     

PS基低发射率涂层的制备与性能研究

选择苯乙烯为粘结剂,漂浮性片状铝粉(约为15μm)为填料,用简单的流延自成膜法制备了低发射率红外隐身涂层;研究了溶剂种类和填料质量分数对涂层红外发射率的影响,并对涂层的物相和微观形貌进行了表征.研究结果表明:二甲苯为溶剂时涂层发射率最低为0.511;而在苯乙烯为溶剂时铝粉显示出更好的漂浮性,涂层发射率可低至0.314....     

激光重熔对火焰喷涂法制备Ni-WC复合涂层耐磨性能的影响

利用CO2激光对火焰喷涂制备的Ni-WC复合涂层进行了重熔实验,通过扫描电镜(SEM)观察了其重熔后表面形貌,测试了含有不同WC体积分数样品重熔前后的涂层显微硬度,并分析了WC含量对涂层组织及耐磨性的影响。实验结果表明,火焰喷涂制备的涂层气孔随着WC颗粒含量增大而增多,经激光重熔后气孔明显减少;激光重熔后的涂层显微硬度比火焰喷涂的涂层显微硬度提高约20%,WC体积分数为6%时涂层显微硬度达到最大值;激光重熔处理后的涂层耐磨性随着WC含量的增加而增大,WC体积分数为6%时,其耐磨性达到最佳值。     

涂层参数对卫星动态辐射特性影响分析

考虑卫星本体表面包覆绝热材料的实际物理状态,根据数值传热学和有限容积法建立了目标表面温度场的计算模型,对在轨飞行卫星的瞬态温度场进行数值模拟.考虑涂层表面自身辐射及空间轨道外热流等因素,建立了卫星多光谱有效辐射亮度的计算模型,计算了涂层表面在0.38～0.76μm、3～5μm和8～14μm波段的瞬态有效辐射亮度.分析了涂层参数(太阳短波吸收率α红外发射率ε)对瞬态温度和波段辐射亮度的影响.结果表明,卫星涂层温度同αε比值成正比,卫星的辐射能量主要集中在可见光和远红外波段,以及不能同时减小卫星在可见光和远红外波段的辐射能量.     

基于温度和发射率场的涂层损伤检测方法

在现代化国防和航空航天领域,目标表面涂覆具有热防护、电磁屏蔽、降低红外辐射等性能的材料,可有效保护目标,但其处于目标的表面,长期受到周围环境影响,易出现气泡、划痕、脱落等不同类型的损伤,造成涂层性能大幅度降低,无法有效保护目标。因此,需要定期对目标涂层进行检测和维护。通过研究涂层损伤与温度和发射率之间的关系,结合热辐射定律、比色测温技术、发射率测量方法,搭建一套红外热像仪的检测装置,提出一种基于涂层温度和发射率场的涂层损伤检测方法。将研制的检测装置应用于以铝为基底的氧化铝涂层,通过分析氧化铝的温度和发射率准确识别涂层内部和外部损伤,验证了基于温度和发射率场的涂层损伤检测方法的理论模型,以及检测装置的可行性与适用性。