新型功能材料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分立中心发光
发光材料的发光中心受激后，激发 和发射过程发生在彼此独立的、个 别的发光中心内部的发光就叫做分 立中心发光。它是单分子过程。
复合发光
发光材料受激发时分离出一对带异号电荷的粒子，一般为 正离子和电子，这两种粒子在复合时便发光，即复合发光。
当激活离子成为基质的一种组分时，就形成了所谓的自激 活晶体。
(2)激光玻璃
激光玻璃与激光晶体一起构成了固体激光 材料的两大类，并得到了迅速的发展。
①激活离子 在激光玻璃中激活离子是以Nd3+离子为代 表的三价稀土离子。 ②基质玻璃 玻璃中最早的激光输出是由在掺钕、钡的 玻璃中实现的。
7.1.2 红外材料
同一种原材料因预处理工艺不同而有不同的发射率值。 经700℃空气气氛处理与1400℃煤气气氛处理的氧化钛的常 温发射率分别为0.81和0.86。
④ 发射率与温度的关系
温度影响材料的发射率。电介质材料的发射率较金属大 的多，有些随温度升高而降低，有些随温度的升高而有复杂 的变化。
⑤ 发射率受材料表面状态的影响
7.1 光学功能材料
7.1.1 激光材料
自第一台激光器诞生后，激光技术便成为一门新兴科学 发展起来，并且激光的出现又大大促进了光学材料的发展。
1、激光的产生及特点 当激光工作物质的粒子(原子或分子)吸收了外来的能量
后，就要从基态跃迁到不稳定的高能态，很快无辐射跃迁 到一个亚稳态能级。当亚稳态粒子数大于基态粒子数时， 即实现粒子数反转分布，粒子就要跌落到基态并放出新的 光子。这样便起到了放大作用。如果光的放大在一个光谐 腔内反复作用，便构成光振荡，并发出强大的激光。
一般来说，材料表面愈粗糙，其发射率愈大。红外线在 金属表面上的反射性能与红外线波长对表面不平整度的相对 大小有关，与金属表面上的化学特征和物理特征无关。
⑥ 材料的体因素对发射率的影响
材料的体因素包括材料的厚度、填料的粒径和含量等等。 对某些材料，如红外线透明材料或半透明的材料，其发射率 值还与其体因素有关，原因是红外线能量在传播过程中被材 料吸收所致。
2、常用激光材料
激光工作物质分为固体、液体和气体激光工作物质。
(1)激光晶体材料 激光晶体材料按晶体的组成分类可分为掺杂型激光晶体和
自激活激光晶体两类。 掺杂型激光晶体 掺杂型激光晶体由激活离子和基质晶体两部分组成。
①激活离子：现有的激活离子主要有四类，分别是过渡族金 属离子、三价稀土离子、二价稀土离子和锕系离子，常用的 主要为前两类。 ②基质晶体：它们是氧化物和复合氧化物、含氧金属酸化合 物及氟化物和复合氟化物三大类。
红外光学玻璃主要有以下几种：硅酸盐玻璃、铝酸盐玻璃、 镓酸盐玻璃、硫属化合物玻璃。
氧化铝透明陶瓷不只是透过近红外，而且还可以透过可见 光。稀有金属氧化物陶瓷是一类耐高温的红外光学材料，其 中的代表是氧化钇透明陶瓷。
塑料也是红外光学材料，但近红外性能不如其他材料，故 多被用于远红外。
(3) 透红外材料的应用
一般说金属导电体的ε值较小，电介质材料的ε值较高。这 往往与材料的晶体结构有关。
②材料的发射率随辐射波长的变化
多数红外辐射材料其发射红外线的性能，在短波主要与电 子在价带至导带间的跃迁有关；在长波段主要与晶格振动有 关。晶格振动频率取决于晶体结构、组成晶体的元素的原子 量及化学键特性。
③ 原材料预处理工艺对发射率的影响
在航天领域，航天器用红外辐射涂层是一种高 温高发射率涂层，涂在航天器蒙皮表面上作为辐 射防热结构。
(3) 用于军事目的
① 防红外伪装涂层 红外伪装的最基本原理是降低和消除目标和背景的辐射差
别，以降低目标被发现和识别的可能性。
② 红外诱铒器
红外诱铒器作为对付红外制导导弹的一种对抗手段，正受 到重视。选择不同辐射频率的材料做成的红外诱铒器可以模 拟各种武器装备的红外辐射特征，更好地发挥红外诱铒假目 标的作用。
wk.baidu.com
2. 透红外材料
(1) 透红外材料的性质
透红外材料指的是对红外线透过率高的材料。对透红外材 料的要求，红外光谱透过率要高，透过的短波限要低，透过 的频带要宽。
(2) 透红外材料的种类
目前实用的光学材料只有二三十种，可以分为晶体、玻璃、 透明陶瓷、塑料等。
单晶体主要有锗、硅半导体作为红外光学材料。硅在力学 性能和抗热冲击性上比锗好得多，温度影响也小，但硅的折 射率高，使用时需镀增透膜，以减少反射损失。另一类单晶 体是离子晶体----碱或碱土金属卤化物。
激光具有下列特点：
(1)相干性好，所有发射的光具有相同的相位。
(2)单色性好：因为光学共振腔被调谐到某一特定频率后， 其它频率的光受到相消干涉。
(3)方向性好：光腔中不调制的偏离轴向的辐射经过几次反 射后被逸散掉。
(4)亮度高：激光脉冲有巨大的亮度，激光焦点处的辐射亮 度比普通光强108 ～1010倍。
⑦ 材料的发射率随工作时间而变化
在工作条件下，由于与环境介质发生相互作用或其他物理 化学变化，从而引起成分及结构的变化，将使材料的发射率 改变。
(2)红外辐射材料的应用
红外辐射材料在热能利用方面可用作红外加热、 耐火材料等。红外加热与干燥是指利用热辐射所 发射出来的红外线，照射到物体上并被吸收后转 换成热能，从而达到加热、干燥的目的。高发射 率红外辐射涂层属于不定形耐火材料中的一种， 一般被涂于加热炉的炉衬耐火砖或耐火纤维毡的 表面，也可涂于测温套管、烧嘴砖等表面，将十 分有利于热能的利用。
红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关 的一些材料。
1、红外辐射材料
红外辐射材料可分为热型、“发光”型和热“发光”混合 型三类。红外加热技术主要采用热型红外辐射材料。
(1)红外辐射材料的辐射特性 红外辐射材料的辐射特性决定于材料的温度和发射率。根
据不同的情况，发射率ε可分为以下几种：
①材料本身结构对其发射率的影响
透红外材料是用来制造红外光学仪器透镜、调制盘、整流 罩等不可缺少的材料。
7.1.3 发光材料
发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段，直接转 换为特征辐射的现象。发光材料品种很多，按激发方式或分 为：光致发光材料、电致发光材料、阴极射线发光材料、热 致发光材料、等离子发光材料。
1、材料的发光机理
发光材料的发光中心受激后，激发 和发射过程发生在彼此独立的、个 别的发光中心内部的发光就叫做分 立中心发光。它是单分子过程。
复合发光
发光材料受激发时分离出一对带异号电荷的粒子，一般为 正离子和电子，这两种粒子在复合时便发光，即复合发光。
当激活离子成为基质的一种组分时，就形成了所谓的自激 活晶体。
(2)激光玻璃
激光玻璃与激光晶体一起构成了固体激光 材料的两大类，并得到了迅速的发展。
①激活离子 在激光玻璃中激活离子是以Nd3+离子为代 表的三价稀土离子。 ②基质玻璃 玻璃中最早的激光输出是由在掺钕、钡的 玻璃中实现的。
7.1.2 红外材料
同一种原材料因预处理工艺不同而有不同的发射率值。 经700℃空气气氛处理与1400℃煤气气氛处理的氧化钛的常 温发射率分别为0.81和0.86。
④ 发射率与温度的关系
温度影响材料的发射率。电介质材料的发射率较金属大 的多，有些随温度升高而降低，有些随温度的升高而有复杂 的变化。
⑤ 发射率受材料表面状态的影响
7.1 光学功能材料
7.1.1 激光材料
自第一台激光器诞生后，激光技术便成为一门新兴科学 发展起来，并且激光的出现又大大促进了光学材料的发展。
1、激光的产生及特点 当激光工作物质的粒子(原子或分子)吸收了外来的能量
后，就要从基态跃迁到不稳定的高能态，很快无辐射跃迁 到一个亚稳态能级。当亚稳态粒子数大于基态粒子数时， 即实现粒子数反转分布，粒子就要跌落到基态并放出新的 光子。这样便起到了放大作用。如果光的放大在一个光谐 腔内反复作用，便构成光振荡，并发出强大的激光。
一般来说，材料表面愈粗糙，其发射率愈大。红外线在 金属表面上的反射性能与红外线波长对表面不平整度的相对 大小有关，与金属表面上的化学特征和物理特征无关。
⑥ 材料的体因素对发射率的影响
材料的体因素包括材料的厚度、填料的粒径和含量等等。 对某些材料，如红外线透明材料或半透明的材料，其发射率 值还与其体因素有关，原因是红外线能量在传播过程中被材 料吸收所致。
2、常用激光材料
激光工作物质分为固体、液体和气体激光工作物质。
(1)激光晶体材料 激光晶体材料按晶体的组成分类可分为掺杂型激光晶体和
自激活激光晶体两类。 掺杂型激光晶体 掺杂型激光晶体由激活离子和基质晶体两部分组成。
①激活离子：现有的激活离子主要有四类，分别是过渡族金 属离子、三价稀土离子、二价稀土离子和锕系离子，常用的 主要为前两类。 ②基质晶体：它们是氧化物和复合氧化物、含氧金属酸化合 物及氟化物和复合氟化物三大类。
红外光学玻璃主要有以下几种：硅酸盐玻璃、铝酸盐玻璃、 镓酸盐玻璃、硫属化合物玻璃。
氧化铝透明陶瓷不只是透过近红外，而且还可以透过可见 光。稀有金属氧化物陶瓷是一类耐高温的红外光学材料，其 中的代表是氧化钇透明陶瓷。
塑料也是红外光学材料，但近红外性能不如其他材料，故 多被用于远红外。
(3) 透红外材料的应用
一般说金属导电体的ε值较小，电介质材料的ε值较高。这 往往与材料的晶体结构有关。
②材料的发射率随辐射波长的变化
多数红外辐射材料其发射红外线的性能，在短波主要与电 子在价带至导带间的跃迁有关；在长波段主要与晶格振动有 关。晶格振动频率取决于晶体结构、组成晶体的元素的原子 量及化学键特性。
③ 原材料预处理工艺对发射率的影响
在航天领域，航天器用红外辐射涂层是一种高 温高发射率涂层，涂在航天器蒙皮表面上作为辐 射防热结构。
(3) 用于军事目的
① 防红外伪装涂层 红外伪装的最基本原理是降低和消除目标和背景的辐射差
别，以降低目标被发现和识别的可能性。
② 红外诱铒器
红外诱铒器作为对付红外制导导弹的一种对抗手段，正受 到重视。选择不同辐射频率的材料做成的红外诱铒器可以模 拟各种武器装备的红外辐射特征，更好地发挥红外诱铒假目 标的作用。
wk.baidu.com
2. 透红外材料
(1) 透红外材料的性质
透红外材料指的是对红外线透过率高的材料。对透红外材 料的要求，红外光谱透过率要高，透过的短波限要低，透过 的频带要宽。
(2) 透红外材料的种类
目前实用的光学材料只有二三十种，可以分为晶体、玻璃、 透明陶瓷、塑料等。
单晶体主要有锗、硅半导体作为红外光学材料。硅在力学 性能和抗热冲击性上比锗好得多，温度影响也小，但硅的折 射率高，使用时需镀增透膜，以减少反射损失。另一类单晶 体是离子晶体----碱或碱土金属卤化物。
激光具有下列特点：
(1)相干性好，所有发射的光具有相同的相位。
(2)单色性好：因为光学共振腔被调谐到某一特定频率后， 其它频率的光受到相消干涉。
(3)方向性好：光腔中不调制的偏离轴向的辐射经过几次反 射后被逸散掉。
(4)亮度高：激光脉冲有巨大的亮度，激光焦点处的辐射亮 度比普通光强108 ～1010倍。
⑦ 材料的发射率随工作时间而变化
在工作条件下，由于与环境介质发生相互作用或其他物理 化学变化，从而引起成分及结构的变化，将使材料的发射率 改变。
(2)红外辐射材料的应用
红外辐射材料在热能利用方面可用作红外加热、 耐火材料等。红外加热与干燥是指利用热辐射所 发射出来的红外线，照射到物体上并被吸收后转 换成热能，从而达到加热、干燥的目的。高发射 率红外辐射涂层属于不定形耐火材料中的一种， 一般被涂于加热炉的炉衬耐火砖或耐火纤维毡的 表面，也可涂于测温套管、烧嘴砖等表面，将十 分有利于热能的利用。
红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关 的一些材料。
1、红外辐射材料
红外辐射材料可分为热型、“发光”型和热“发光”混合 型三类。红外加热技术主要采用热型红外辐射材料。
(1)红外辐射材料的辐射特性 红外辐射材料的辐射特性决定于材料的温度和发射率。根
据不同的情况，发射率ε可分为以下几种：
①材料本身结构对其发射率的影响
透红外材料是用来制造红外光学仪器透镜、调制盘、整流 罩等不可缺少的材料。
7.1.3 发光材料
发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段，直接转 换为特征辐射的现象。发光材料品种很多，按激发方式或分 为：光致发光材料、电致发光材料、阴极射线发光材料、热 致发光材料、等离子发光材料。
1、材料的发光机理