利用能量對比法測量高溫材料發(fā)射率

高溫材料在航空航天宣講活動、能源轉換擴大公共數據、紅外隱身及輻射測溫等諸多領域中發(fā)揮著關鍵作用，而精確掌握其光譜發(fā)射率是實現(xiàn)熱輻射特性評估與控制的基礎。由于材料發(fā)射率并非物質的本征屬性，而是與溫度、波長、表面狀態(tài)等因素密切相關，因此其測量在高溫條件下尤為復雜。本文聚焦于“能量對比法"在高溫材料光譜發(fā)射率測量中的原理、系統(tǒng)實現(xiàn)及優(yōu)勢銘記囑托。

一事關全面、能量對比法原理概述

能量對比法是一種基于發(fā)射率定義的直接測量方法。具體而言充分發揮，在相同的溫度與時俱進、波長和視角條件下，測量待測材料與理想黑體的輻射能量解決方案，二者之比即為材料在該條件下的光譜發(fā)射率更優質。其基本公式如下：

$$\epsilon (\lambda ,T)=\frac{L_{\text{sample}}(\lambda ,T)}{L_{\text{blackbody}}(\lambda ,T)}$$

其中$L_{\text{sample}}$和$L_{\text{blackbody}}$分別表示樣品與黑體在波長$\lambda$和溫度$T$條件下的輻射亮度。由于該方法無需對發(fā)射率模型進行假設初步建立，具有理論清晰項目、準確性高等優(yōu)點，成為當前高溫發(fā)射率研究中的主流技術之一重要方式。

二綜合運用、測量系統(tǒng)構建與溫度范圍

研究人員構建了一套基于能量對比法的高溫光譜發(fā)射率測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)涵蓋了從中溫段（473 K）至超高溫段（2373 K）的寬溫度范圍增產，并可覆蓋從近紅外到遠紅外（0.8–27 μm）的波長區(qū)間脫穎而出。

系統(tǒng)采用獨立黑體作為標準輻射源，通過高精度溫控裝置實現(xiàn)樣品與黑體溫度的一致性的方法。為確保測量光路的一致性積極影響，系統(tǒng)在結構上采用對稱光路設計，并利用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）結合多波段紅外探測器資料，實現(xiàn)寬光譜高分辨率的輻射能量采集自動化。此外，還通過激光對準和真空腔體設計集成，降低了背景輻射和信號干擾。

三關註度、測量策略與樣品適配

為適應寬溫區(qū)間內不同材料的發(fā)射率測量需求，系統(tǒng)采用“分溫區(qū)測量策略"重要手段，在中溫區(qū)（473–1073 K）與高溫區(qū)（1073–2373 K）分別布設了不同的加熱裝置與控溫模塊。高溫段采用大功率直流電源加熱橫向協同，樣品放置在高純鎢舟中不折不扣，通過紅外高溫計與熱電偶聯(lián)合測溫，確保溫控精度達 ±1 K穩定性。

通過與黑體腔的同位比輻射測量最深厚的底氣，可有效評估金屬（如鎢、鈦資源優勢、鋁）與非金屬（如石墨）材料在高溫條件下的光譜發(fā)射率應用擴展。實驗結果顯示，該系統(tǒng)在2373 K的高溫條件下依然保持良好的測量穩(wěn)定性與重復性能力。

四、與其他方法的比較優(yōu)勢

相較于多波長法、量熱法和反射法長足發展，能量對比法具有如下突出優(yōu)勢：

• 原理簡潔紮實做，結果可直接溯源至黑體輻射定律，避免模型擬合誤差規模設備；

• 可適配多種材料形狀和高溫環(huán)境支撐作用，適用性強；

• 測量精度高至關重要，綜合不確定度可控制在3.8%以內認為；

• 支持高溫下的發(fā)射率測量，是少數(shù)能達到2000 K 以上準確測量的手段效率。

然而良好，該法對實驗系統(tǒng)的光路一致性、溫度一致性和設備穩(wěn)定性提出了較高要求增強，系統(tǒng)設計與調試過程復雜倍增效應。

能量對比法作為發(fā)射率測量領域的重要技術路徑，尤其在高溫條件下展現(xiàn)出的優(yōu)勢戰略布局。其直接重要意義、精確、可擴展的特點講道理，使其成為新材料熱性能評估引領、熱控系統(tǒng)設計與紅外材料開發(fā)中的核心支撐技術。隨著高性能紅外探測器與光譜分析系統(tǒng)的進一步發(fā)展更加廣闊，基于能量對比法的發(fā)射率測量體系將持續(xù)拓展其應用邊界優化服務策略，并在高溫工程材料的研究與應用中發(fā)揮更大作用。