第七章新型功能材料
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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。
第七章新型功能材料
(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。
第七章新型功能材料
③ 原材料预处理工艺对发射率的影响
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。
第七章新型功能材料
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。
第七章 新型功能材料
第一节 光学功能材料 第二节 电功能材料 第三节 功能转换材料
第七章新型功能材料
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。
第七章新型功能材料
7.1.2 红外材料
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：
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。
第七章新型功能材料
(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。
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。
第七章新型功能材料
(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。
(3) 透红外材料的应用
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。
第七章新型功能材料
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
第七章新型功能材料
①材料本身结构对其发射率的影响 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。
第七章新型功能材料
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。
⑤ 发射率受材料表面状态的影响
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。
第七章新型功能材料
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。 ⑦ 材料的发射率随工作时间而变化
第七章新型功能材料
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wenku.baidu.com108 ～1010倍。
第七章新型功能材料
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。
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(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。
第七章新型功能材料
③ 原材料预处理工艺对发射率的影响
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。
第七章新型功能材料
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。
第七章 新型功能材料
第一节 光学功能材料 第二节 电功能材料 第三节 功能转换材料
第七章新型功能材料
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。
第七章新型功能材料
7.1.2 红外材料
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：
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。
第七章新型功能材料
(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。
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。
第七章新型功能材料
(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。
(3) 透红外材料的应用
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。
第七章新型功能材料
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
第七章新型功能材料
①材料本身结构对其发射率的影响 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。
第七章新型功能材料
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。
⑤ 发射率受材料表面状态的影响
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。
第七章新型功能材料
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。 ⑦ 材料的发射率随工作时间而变化
第七章新型功能材料
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wenku.baidu.com108 ～1010倍。
第七章新型功能材料
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。