光谱选择性辐射红外隐身材料研究进展

不断发展的红外探测技术和精确制导技术对导弹、高超声速飞行器等武器装备的生存和突防构成了日益严重的威胁,红外隐身技术在现代战争中扮演着越发重要的角色。传统低发射率涂层材料通常在整个红外波段具有低发射率特性,不具备光谱选择性,其辐射散热效果较差,不利于目标整体红外信号的降低。光谱选择性辐射红外隐身材料可以在降低大气窗口波段(3~5μm和8~14μm)发射率的同时,利用非窗口波段(5~8μm)进行辐射散热,具备更高效的红外隐身性能,是目前研究关注的热点。本文主要介绍基于光子晶体、频率选择表面以及Fabry-Perot腔的三代光谱选择性辐射结构的研究现状和进展,总结了现有体系的优点以及存在的问题。目前,光谱选择性辐射红外隐身材料距离实际应用仍有很大差距,未来应当向着工艺更加简单、高温稳定性更强以及多波段兼容的方向继续发展。

基于时域有限差分法的选择性辐射器的光学性质研究

本文利用有限时域有限差分法设计并计算了Er_2O_3/Si结构的一维微结构晶体的光学性质,研究了不同的薄厚、不同折射率对辐射性质的影响,制备了40%Er_2O_3和60%Al_2O_3的样品并测得了高温辐射光谱,发现大于1.8μm波长的辐射比较强。为了抑制这一辐射,上述样品加入了微结构部分,计算结果显示,微结构的加入可以有效抑制特征辐射以外的辐射。

选择性吸收涂层

人所共知,黑色表面比其它颜色表面的吸光能力强,所以许多太阳能热利用设备的吸热面都涂成黑色,这薄薄的黑涂层既是吸光器,又是光热转换器,对太阳能利用设备的使用效果影响极大。这么看来,似乎吸光层越黑越好。然而研究表明,这个看法并不正确。因为,黑色表面虽然吸收率高,但向外的发射率也高,辐射热射损失也大。人们发现,一些物质。

选择性红外辐射材料的光谱调控及应用研究进展

在温度高于0 K时任何物质均具备发射电磁波的基本属性,然而物体的热辐射特性并不是一成不变的,可以通过多种手段来进行静态或者动态的调控。本文在简要回顾红外辐射的基本物理原理的基础上,围绕无机选择性红外辐射材料方面代表性的研究工作重点讨论了近年出现的基于各种微纳光子结构,对红外辐射光谱进行静态和动态调控的前沿技术和热点问题进行了总结,并对相关材料和技术在光子学、能源等领域的前沿应用作了简要介绍。最后,本文对基于无机材料的红外调控的现存问题作了总结、并对潜在研究方向作了展望。

基于Macleod软件的辐射制冷薄膜系优化分析

从基尔霍夫定律和光学薄膜理论出发,利用光学设计软件Macleod,尝试了在铝基上镀单层和多层光学膜系,以满足辐射制冷的要求。选择了合适的膜层材料,在全波段高反射铝基底上设计了单层和多层膜系,运用单纯形法(Simplex)优化了膜层,得到了最优的多层膜结构。膜系的光谱曲线显示,在8～13μm波段具有高的发射率,其余波段具有高的反射率,并且在大的辐射方向角范围(0°～60°)具有稳定的光学性能。最后选取法线方向进行数值积分,取辐射体温度为300K时,最优膜系在8～13μm波段的辐射功率为123.7W/m^2,平均发射率为0.836。光学薄膜方法为选择性辐射体的设计提供了理论指导。

日间辐射制冷材料研究进展

辐射制冷是一种备受关注的新型降温方式,该方式利用大气透明窗口(ATW)向外太空辐射传热,实现被动降温。一般日间辐射制冷材料应在8~13μm波段内具有高发射率,在太阳光谱波段吸收率低于5%。辐射制冷研究可以绿色低耗的方式为建筑节能、服饰降温、冷藏冷凝、电池降温等提供方案,有着广阔的应用前景。如何使辐射材料较好地匹配理想辐射光谱是目前最主要的问题。近年来研究者多从辐射材料结构入手,在提高8~13μm窗口波段发射率的同时,通过构建具备光子带隙或发生Mie散射的结构等方式,减少太阳辐射吸收,并取得了显著成果。通过高聚物掺杂纳米粒子、不同折射率材料堆叠等结构设计,使辐射制冷材料的红外选择性得到了显著提升。一些高聚物在8~13μm波段内具有高发射率,同时可有效隔绝体系外的热量输入。将高聚物与发射光谱互补的掺杂纳米粒子相结合,可覆盖整个目标波段,提高其制冷性能。层堆叠模式参考了光子晶体阻断特定波长电磁波传播的特性,设计了不同折射率层交替排列,在不影响高发射层向外辐射红外能量的同时降低了材料对太阳光的吸收。本文主要综述了近年日间辐射制冷材料的研究进展,按其结构形态,将前沿辐射制冷材料分为薄膜类、涂层类、织物类和块材类,并阐述了辐射制冷器在建筑、电池降温等方面的实际应用。

一维光子晶体热辐射光谱控制模拟研究

将一维金属-介质光子晶体应用于热辐射光谱控制,基于电磁波理论建立了光谱能量关系和光谱特性计算方法。采用钨(W)和二氧化硅(SiO_2)设计了一维金属-介质光子晶体,从麦克斯韦方程组出发,研究了该一维结构的光谱特性。研究结果表明,该结构能够有效地结合材料自身光谱属性和光子晶体的光谱控制特性实现热辐射光谱特性的选择控制,可被用于热光伏系统实现热辐射光谱控制。

基于贝叶斯优化的选择性热光伏辐射器设计

通过控制热光伏系统辐射器的发射光谱,可以有效降低光伏接收器的热损失能量。本文证明了在机器学习的指导下可以实现高效的非周期性选择性热光伏辐射器的设计。对于锑化镓光伏电池,在超过5.23×10^(9)个每层包含不同材料和不同层厚的多层膜候选结构中,仅计算了不超过0.67%的候选结构就可以得到最大特征因子为82.16%对应的结构参数。测量利用优化的结构参数加工的样品发射光谱得到的特征因子为81.35%,并对优化的选择性辐射器进行了系统理论效率分析和热稳定性测试。结果表明采用贝叶斯优化算法可以高效设计选择性热光伏辐射器,进一步促进了基于机器学习的超材料设计方法在其他领域的应用。

An uncommon cause of gastro-duodenal ulceration

Gastrointestinal ulcers occur frequently and are mainly caused by H pylori infection. In this report, we present a rare case of gastro-duodenal ulcer following selective internal radiation therapy (SIRT). SIRT is a palliative treatment for unresectable liver tumours. During SIRT, 90Y-microspheres are infused into the hepatic artery. Pre- treatment evaluation for the presence of arterial shunts to neighbouring organs should be determined in order to avoid complications of SIRT.

光子晶体热辐射器在热光伏系统中的应用

提高热光伏(TPV)系统的光电转换效率是目前热光伏技术的研究重点,提高热辐射器的辐射效率是提高热光伏系统效率的重要途径,而光子晶体结构以其特有的选择性辐射性能成为热光伏系统理想的热辐射器。简述了热光伏系统的工作原理及光子晶体的物理特性,重点介绍了光子晶体热辐射性能及其在热光伏系统中应用研究的进展情况。