石墨烯远红外消光性能测试研究

为了研究石墨烯的红外消光性能,采用氧化还原法制备了石墨烯,并通过扫描电镜图像、X射线衍射图谱确认了石墨烯的结构;利用烟幕箱实验和溴化钾压片法,测试了石墨烯的红外消光性能,并在同等条件下与石墨、碳纤维的消光性能进行了比较。结果表明:石墨烯在远红外波段的红外消光性能非常优异,对于8~14μm远红外波段,其平均质量消光系数约为2.10 m^(2)/g,是同等条件下石墨平均质量消光系数的2.39倍,碳纤维的3.56倍,比传统的碳材料烟幕具有更好的红外干扰能力;溴化钾压片测试也表明,石墨烯在中远红外波段均表现出非常好的红外消光能力,优于传统碳材料烟幕。

石墨烯烟幕红外激光消光性能研究

石墨烯片具有质轻、层薄、比表面大的优点,满足烟幕材料所需的要求。为了探索石墨烯在干扰红外成像制导武器方面的应用,利用20 m3烟箱,通过快速热引爆石墨烯原材料获得烟幕的方法,测试了烟幕在1.06μm激光的透过率曲线以及8～14μm波段的红外图像的遮蔽特性,获得了烟幕对1.06μm激光和8～14μm红外波段的平均质量消光系数均在2.0 m2?g-1以上,对红外光具有显著的干扰效果。分析了烟幕粒子的扫描电子显微图像、透射电镜图和X射线衍射图谱,结果表明所制备的烟幕粒子为石墨烯片组成,石墨烯烟幕粒子的微观结构有利于对红外光的吸收和散射。

纳米TiN烟幕干扰激光和红外性能研究

在容积为20 m3的烟幕箱中,测试了30 g纳米TiN形成的烟幕对1.06μm激光、10.6μm激光、3~5μm红外及8~12μm红外的干扰性能,结果表明,纳米TiN烟幕对各波段红外辐射的遮蔽/干扰效果良好,质量消光系数均基本大于1 m2.g-1,与常规材料的烟幕性能比较表明,纳米TiN烟幕消光性能好,是一种能有效干扰1.06μm,10.6μm激光测试系统及3~5μm,8~12μm红外热像仪的新型烟幕材料。

纳米石墨烟幕对红外激光的消光特性研究

文中分析了纳米石墨作为烟幕干扰材料的吸波特性,在喷洒纳米石墨质量不同的情况下,利用烟幕箱测试了1.06μm和10.6μm两种波长激光透过率与时间的关系曲线,用滤膜称重法测量了纳米石墨烟幕在不同时间段的质量浓度,从而测得了纳米石墨对两种红外激光的平均质量消光系数,分别为1.2791m2.g-1和1.0252m2.g-1,表明纳米石墨对红外激光具有显著的干扰效果。

红磷烟幕使用特性及其对红外激光的最佳消光直径

在中型烟幕柜中测试了红磷烟幕的粒度分布,计算了红磷烟幕的发烟能力和自由沉降速度以及对多种波长电磁波的衰减系数,分析了红磷烟幕的多波段消光特性及其在组合烟幕中的应用。研究表明:红磷烟幕平均直径分布在0.5~13μm;发烟能力3.9~22.9;对可见光至14μm红外的衰减系数分布在200/m^41.67/m;沉降速度远小于0.007 m/s并具有良好的组合使用特性。根据Mie理论计算了多种直径红磷烟幕粒子对1.06μm、3.39μm和10.6μm激光的散射、吸收和消光效率因子。分析表明:直径显著小于入射波长的烟幕粒子的消光作用中吸收效应居主导地位;随着粒子直径增大散射效应逐渐增强;当烟幕粒子的尺度接近入射波长时散射和吸收效应趋于一致;红磷烟幕粒子对10.6μm和3.39μm红外激光辐射的最佳消光直径分别为9.0μm和4.0μm.

目标红外辐射双色比值的大气传输研究

空中目标的红外辐射在大气中传输时 ,大气以及大气中的气溶胶会对红外辐射产生吸收和散射 ,从而造成红外辐射的衰减。大气对红外辐射的衰减程度可以用消光系数来描述 ,波长不同 ,消光系数也不同。红外系统测量到的目标红外辐射的双色比值也会随目标距离变化而变化。由测量到的目标在两个波段的红外辐射 ,通过一定的信号处理手段 ,可得出目标的距离、双波段红外辐射能量、红外双色比值等信息 ,以此对空中目标的识别和定位。推导了利用大气消光系数获取空中目标距离信息和红外辐射信息的公式 ,画出了典型空中目标双色比值的大气传输图。

石墨烯红外波段复折射率及消光性能研究

石墨烯是一种新型二维纳米碳材料,在红外干扰方面具有很大的潜在应用价值,其红外消光特性值得深入研究。文中利用红外椭偏仪测量了石墨烯压片在红外波段的椭偏参数,计算得到其红外波段的复折射率,采用离散偶极近似(DDA)方法计算了石墨烯在2~14μm波段的效率因子、消光系数与入射波长、粒子直径和厚度的关系。计算结果表明,石墨烯在2~14μm波段具有优异的红外消光性能,其消光性能主要取决于材料的吸收性能,吸收作用大于散射作用,同时粒子对近、中红外辐射的消光性能明显好于远红外波段;消光效率因子和消光系数随波长增加逐渐减小;消光效率因子随粒子直径的增加而增大,近、中红外波段的消光系数大于远红外波段,其中直径0.25~1μm粒子的消光系数最大,直径1~4μm粒子的消光系数随直径增加逐渐减小,直径大于4μm的粒子对各波段红外的消光能力受粒度变化的影响很小;消光效率因子随粒子片层厚度的增加逐渐增大,近、中红外波段的消光系数随厚度的增加有所减小,而远红外波段的消光系数受粒子厚度变化影响不大。

三维石墨烯粉体制备及其红外消光性能

为了探究三维石墨烯的红外消光性能,采用热化学沉积法制备了三维石墨烯粉体,通过电镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪表征了三维石墨烯粉体的形貌和结构特征,利用粉体综合特性仪测试了其流散性;利用烟幕箱试验测试了三维石墨烯的红外消光性能,并与复合石墨、碳纤维的消光性能进行了比较。结果表明:三维石墨烯的红外消光性能优异,在红外波段为3~5μm和8~14μm时,其平均质量消光系数分别约为1.32 m^(2)·g^(-1)和1.09 m^(2)·g^(-1)。与复合石墨和碳纤维相比,其在3~5μm的平均质量消光系数分别提高了57%和132%,其在8~14μm的平均质量消光系数分别提高了35%和102%,具有更优异的红外消光性能。

镀镍石墨烯制备及红外干扰性能

为了研究镀镍石墨烯的红外消光性能,探索消光较佳的工艺条件,采用氧化还原和化学镀的方法制备了镀镍石墨烯,通过正交试验设计,以红外衰减率为评价指标,分析了各因素对镀镍石墨烯消光性能的影响,确定了红外消光较佳的工艺条件。利用烟幕箱试验,测试了镀镍石墨烯的红外透过率。基于“Lambert‑Beer”定律,通过线性拟合计算了镀镍石墨烯的平均质量消光系数,并与镀前进行了对比分析。结果表明:红外消光较佳的镀镍石墨烯的制备工艺参数为:六水合硫酸镍的浓度为20 g·L^(-1),次磷酸钠的浓度为24 g·L^(-1),柠檬酸钠的浓度为10 g·L^(-1),施镀温度为65℃。该条件下制备的镀镍石墨烯在中远红外波段均表现出非常好的红外消光能力。对于3~5μm和8~14μm红外波段,镀镍石墨烯的平均质量消光系数分别为2.38 m^(2)·g^(-1)和2.19 m^(2)·g^(-1)。与改性前的石墨烯相比,镀镍石墨烯在中远红外波段的平均质量消光系数分别提高了30%和35%,具有更广阔的应用前景。