[发明专利]连续调节物体红外发射率的方法和基于此的红外功能表面

说明书

本发明提供一种连续调节物体红外发射率的方法和基于此的红外功能表面，所述连续调节物体红外发射率的方法包括在物体表面设置调控材料层，所述调控材料层在垂直于所述物体表面方向设有多个贯穿孔，通过调节所述物体从所述贯穿孔中暴露出的面积大小，实现红外发射率的连续调节。本发明通过在物体表面设置发射率与物体不同的调控材料层，然后调节调控材料层在其与物体形成的整体表面所占面积比例，实现了在3～5μm和8～14μm波段红外发射率0.1～0.9的连续可调。该方法相较于传统的在物体表面制作不同发射率的涂层，工艺简单、成本低、重复性好且可以大面积应用，对建筑外墙保温、节能减排等应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种连续调节物体红外发射率的方法和基于此的红外功能表面。

背景技术

红外辐射是人眼看不见的光线，又称为红外光或红外线，是指波长在0.78～1000μm波段的电磁波，由英国科学家赫谢尔在1800年发现。随着红外物理与技术的发展，加速了红外光学材料以及工业、交通、科学和医学红外技术的应用研究。如天文学中，金星大气中含有大量二氧化碳气体，木星、土星、天王星和海王星的大气中含有大量沼气都是借助红外探测仪器确定的。

物体红外辐射的出射度需要根据应用方向的不同来进行调控。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律：M＝εσT⁴(其中ε为物体发射率，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T为物体绝对温度)，辐射出射度与ε和T的4次方成正比，因此通过调节物体的温度与发射率可以实现对辐射出射度的调节。由于温度较难调控，现有改变辐射出射度最常用的方法是在物体表面制作不同发射率的涂层。

目前的红外涂料主要是通过改变涂料中颜料与粘结剂的比例来实现对涂料发射率的调节，但这种调节方式是不连续的，且需要大量前期实验来得到满足发射率要求的涂料，成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种连续调节物体红外发射率的方法和基于此的红外功能表面。

本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种连续调节物体红外发射率的方法，包括在物体表面设置调控材料层，所述调控材料层在垂直于所述物体表面方向设有多个贯穿孔，通过调节所述物体从所述贯穿孔中暴露出的面积大小，实现红外发射率的连续调节。

本发明通过在物体表面设置发射率与物体不同的调控材料层，然后调节调控材料层在其与物体形成的整体表面(即调控材料层表面与贯穿孔中暴露的物体表面构成的整体)所占面积来实现红外发射率的连续调节，结果表明，在3～5μm和8～14μm可实现红外发射率0.1～0.9的连续可调。该方法相较于传统的在物体表面制作不同发射率的涂层，成本较低，可简单高效地调节物体的红外发射率，对建筑外墙保温、节能减排等应用具有重要意义。

进一步地，所述调控材料层与所述物体在3-5μm和8-14μm波段的红外发射率相差0.6以上。当调控材料层与物体的红外发射率相差0.6以上，才能较大限度地调节整体的红外发射率。

进一步地，所述物体为金属时，所述调控材料层选用石墨或硼；

所述物体为聚氨酯海绵、蜜胺泡绵等弹性多孔材料时，所述调控材料层选用金、银、铜、铝或铂等金属。

进一步地，所述调控材料层选用金属材料时，采用磁控溅射法或电子束蒸发的方式进行沉积，所述调控材料层选用非金属材料时，采用热蒸发、电子束蒸发或磁控溅射的方式进行沉积。

优选地，在将调控材料层设置到物体表面前，对两者都进行清洗。所述清洗优选依次使用丙酮、乙醇以及去离子水超声清洗。

进一步地，所述贯穿孔为孔径为100～500μm、孔距为500～1500μm的微孔阵列。所述贯穿孔的孔径与孔距也会对整体发射率的调节范围产生影响。本发明将贯穿孔设置为具有上述孔径和孔径的微孔阵列，有利于获得更宽的发射率调节范围，且物体整体的发射率较为均一。