材料的发射率不但取决于材料本身的性质, 而且取决于其表观的物理状态。实际上, 作为涂料, 其辐射特性不但与其吸收特性有关, 而且也与其反射特性、颗粒度、环境温度、材料附着于其上的衬底等表观因素有关。在某些情况下, 这些因素甚至会起决定性的影响。
涂层厚度的影响
涂层厚度对辐射带的强度和谱带的分辨率影响极大。Khan 发现在常温下涂料的红外辐射性能主要取决于约35 ～40 μ m 厚的表面层。当涂层厚度小于此值时, 发射率与基体的性质和粗糙度有关; 当涂层厚度大于160 ～170μ m 时, 涂层厚度对其辐射性能不再有影响。G.Fabb ri 和P. Barala 通过对不同厚度的硫酸铜涂层的红外辐射光谱的观察发现, 随着涂层厚度的增加, 光谱质量明显降低。
在有些情况下, 受涂层厚度的影响, 强的基频带会变得很弱, 而那些本来较弱的泛频带反倒变得很强。P. G. Griffith s 曾测量了以铝为衬底的润滑油涂层的辐射光谱, 发现当涂层很薄时所得到的光谱结构均匀, 与吸收光谱很类似, 但当涂层较厚时, 其辐射特性却变得类似于黑体了。
在涂料研究中, 不能简单地认为强吸收带一定能产生强的辐射, 不能把物质的吸收光谱当作选择辐射涂料的唯一依据。李永明[5 ] 的研究表明, 在一定范围内, 涂层的发射率随涂层厚度的增加而增加。L afem ina 的研究指出: 对于光谱选择性辐射体, 在涂层足够厚时都将成为绝对黑体。
衬底的影响
通常, 红外发射涂料不能单独使用, 它总要被涂敷在某一衬底( 或载体) 上。为了准确研究各种红外辐射涂料的辐射特性, 不能不考虑衬底辐射对涂料辐射特性的影响, 以及这两者之间的相互联系。
通过对铜、铝、铁、白金、溴化钾和玻璃在300 ℃ 下的辐射光谱可以看出, 大部分的金属都有几乎同样低的的比辐射率, 而溴化钾和玻璃在低波数区有较高的比辐射率。因此, 对涂料来讲, 金属是非常好的载体, 尤其是白金, 即使在很高的温度下, 也有极低的反应活性。很多资料表明, 抛光的金属具有更低的发射率和更高的反射率, 但是抛光的金属表面粘附性不好, 在进行涂敷时, 除了应进行一般的除油处理外, 还应进行表面磷酸化处理或阳极化处理, 使之表面形成一层氧化层, 从而增加其粘附性。同时, 新形成的氧化膜对涂敷在其上面的涂料的红外辐射性能又形成新的影响, 这方面的内容有待于进一步研究。
温度的影响
对于发射率随温度变化的关系, 有关专著中曾有一些定性的论述。一般认为: 发射率与温度的关系对金属和非金属是不一样的。金属的发射率较低, 并随温度上升而增加, 若表面形成氧化层, 则发射率可以成十倍或更大倍数的增加; 非金属的发射率较高, 在 T < 350 K 时一般多超过0.8, 并随温度的增大而减小。
邹南智等[6 ] 依据Stefan 2 Bo ltzm ann 定律, 研讨了红外半球全发射率Ε h 随温度 T 变化的函数关系, 并导出了一个递推的解析关系式。认为任何物体的半球全发射率均将随温度的升高而下降。这与传统的观念也不一样, 值得引起重视。
对于掺杂型材料, 由于杂质离子的进入, 破坏了部分正常晶格的平移对称性, 将产生以杂质离子或缺陷为中心的局域振动模式, 此外杂质能级处于禁带之内, 容易发生跃迁, 增加自由载流子的浓度。在受热条件下, 这些自由载流子的带内跃迁或电子从杂质能级到导带之间的直接跃迁, 最终都将产生强能量的辐射。这些因素使得掺杂型材料的红外辐射谱在很大程度上不同于单纯材料的辐射谱, 一般表现为轻杂质成分的加入将会使材料的辐射波段向短波方向移动, 重杂质的加入, 则使材料的辐射波段向长波方向移动。当有选择地加入多种杂质离子时, 材料的辐射波段可变宽, 辐射强度会增大。
颗粒度的影响
多数研究者认为填料颗粒尺寸应小于热红外波长, 大于近红外波长, 这样, 填料才会既有良好的热红外透明性, 又有一定的可见光和近红外反射能力。对于具有散射力为 m 的填料, 其具有最大散射能力的粒子径 d 与波长Κ 的关系为:
Κ = d /K (1)
式中 ; n 是树脂的散射率。这 正是涂料配方设计中的一个重要依据。
其它影响因素
表面污染, 包括灰尘和水分, 能使涂层光学性能严重恶化, 原来0. 24 的发射率可上升到0. 87 。原材料中所含杂质和水分对涂层红外性能也有显著影响, 水的存在会在2. 8 μ m 的波段产生一强吸收峰。A ron son 为了去除硫化镉中的单质硫, 将其在高温下烧结后退火处理, 结果材料的反射率大大下降, 其原因尚不清楚[ 7 ] 。
夏继余等[ 8 ] 认为, 用刷涂的方式比再振动状态下用喷涂方式涂层时铝的表面更容易平行于基体表面, 其全发射率分别为0. 38 和0. 64, 并认为涂层厚度对光谱发射率在短波段影响较大, 而对长波影响相对甚微。
徐文兰等[ 9 ] 考虑了涂层自身辐射, 以及涂层对衬底透射或对外来辐射的反射, 建立了完善的热辐射传输方程, 给出了涂层表观发射率与反射率的公式。
