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摘要

傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）作為一種高精度的紅外輻射率測試技術(shù)，具有高光譜分辨率、寬波段覆蓋能力，能夠精確測量材料在特定波長下的光譜發(fā)射率，適用于從中紅外到遠紅外的寬光譜范圍。該方法采用非接觸式測量，結(jié)合可控溫環(huán)境，用于紅外散熱隔熱材料、航空航天飛行器紅外特征調(diào)控、中遠紅外理療材料等領(lǐng)域的紅外輻射測量。FTIR的高精度、標準化流程使其成為實驗室熱輻射性能研究的金標準，尤其適用于需要精細光譜分析的場景，為材料熱輻射性能的精準表征提供了可靠手段。

正文

紅外輻射率（發(fā)射率）測試在多個領(lǐng)域具有重要應用，主要涉及材料科學、工業(yè)檢測、醫(yī)療健康、航空航天、環(huán)境監(jiān)測等，具體如下：

紡織與功能性材料

用于測試遠紅外紡織品的發(fā)射率，評估其保暖性能和遠紅外輻射效果，如保暖內(nèi)衣、遠紅外理療產(chǎn)品等。檢測紅外輻射涂料、電熱膜等材料的輻射性能，優(yōu)化其發(fā)熱效率。

工業(yè)與制造業(yè)

評估散熱器、電子元件的熱管理性能，高發(fā)射率材料有助于提高散熱效率。

檢測高溫設(shè)備（如熔爐、管道）的熱輻射特性，排查熱泄漏或異常熱點。

衛(wèi)星遙感監(jiān)測工廠熱輻射，分析企業(yè)生產(chǎn)狀況，輔助金融與監(jiān)管決策。

航空航天與軍事

研發(fā)熱控涂層（如航天器表面材料），通過調(diào)節(jié)發(fā)射率控制熱量散發(fā)或吸收。

開發(fā)低發(fā)射率隱身涂層，降低飛機、坦克等軍事目標的紅外信號。

能源與環(huán)保

優(yōu)化太陽能集熱器、紅外加熱元件的發(fā)射率，提高能量轉(zhuǎn)換效率。

監(jiān)測工業(yè)廢熱回收材料的輻射特性，提升能源利用效率。

分析溫室氣體（如CO?、H?O）的紅外吸收光譜，評估環(huán)境污染。

醫(yī)療與生物技術(shù)

研究人體或生物組織的遠紅外輻射特性，輔助疾病診斷（如腫瘤熱成像）。

開發(fā)紅外理療設(shè)備，利用高發(fā)射率材料促進血液循環(huán)和康復。

地質(zhì)與遙感

通過測量巖石、土壤的紅外發(fā)射率，反演地表溫度及礦物成分，輔助礦產(chǎn)資源探測。機載/星載高光譜熱紅外遙感，用于地表溫度監(jiān)測和礦物識別。

自動駕駛與智能傳感

紅外輻射率測試的應用廣泛，不同行業(yè)根據(jù)需求選擇適合的測試方法（如FTIR光譜儀、熱像儀、發(fā)射率測量儀等）。

傅里葉紅外光譜儀測試發(fā)射率主要方法

1. 直接測量法

原理：通過直接測量樣品的輻射能量與同溫度下黑體的輻射能量對比，計算發(fā)射率。

常用設(shè)備：

傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）：結(jié)合高溫黑體爐，測量樣品的光譜輻射率（需控制樣品溫度）。

輻射計/紅外測溫儀：通過已知溫度的樣品輻射與黑體輻射比較，計算積分發(fā)射率（全波段或特定波段）。適用場景：實驗室高精度測量，適用于材料研發(fā)、航空航天涂層等。

2. 反射法（間接法）

原理：根據(jù)基爾霍夫熱輻射定律，在熱平衡條件下，不透明材料的發(fā)射率。?=1?ρ（ρ為反射率）。根據(jù)普朗克黑體輻射公式，通過測量樣品在相同溫度下的輻射光譜與理想黑體輻射光譜的比值，得到光譜發(fā)射率：?(λ)=Lsample(λ)/Lblackbody(λ)

適用場景：適用于常溫、高反射材料（如金屬、鏡面涂層）。

二、測試設(shè)備

1.傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）：需配備紅外探測器（如DTGS、MCT）、高溫樣品腔及控溫模塊。

2.黑體輻射源：作為校準基準，溫度需與樣品一致（精度±0.1℃）。

3.樣品加熱裝置：高溫爐或電熱臺，確保樣品溫度均勻且穩(wěn)定。

4.反射附件（可選）：如積分球或鏡面反射附件，用于反射率補償測。

三、測試步驟

1. 樣品準備

· 表面處理：清潔樣品表面，避免氧化層、污染物影響（如拋光金屬需防氧化）。

• 尺寸要求：樣品需覆蓋光斑面積（通常直徑>2 cm），厚度均勻。

2. 儀器校準

· 背景掃描：在樣品室無樣品時采集背景光譜（消除環(huán)境輻射干擾）。

· 黑體標定：將黑體源加熱至目標溫度（如100~500℃），測量其輻射光譜Lblackbody(λ)

3. 樣品測量

· 加熱樣品：將樣品加熱至與黑體相同的目標溫度，穩(wěn)定至少10分鐘（溫度波動<±1℃）。

• 輻射光譜采集：

使用FTIR測量樣品的熱輻射光譜 Lsample(λ)（波數(shù)范圍通常為400~4000 cm?1）。

若需反射率補償，需額外測量樣品的反射光譜ρ(λ)（常溫下用紅外光源照射樣品）。

4. 數(shù)據(jù)處理

· 計算光譜發(fā)射率：

?(λ)=Lsample(λ)/Lblackbody(λ)（直接法）或?(λ)=1?ρ(λ)（反射法，適用于不透明材料）

?積分發(fā)射率計算：對特定波段（如8~14 μm）的光譜發(fā)射率加權(quán)平均：?avg=∫?(λ)Lblackbody(λ)dλ

應用示例

圖1 紅外理療儀340℃加熱歸一化發(fā)射光譜

圖2 理療加熱貼歸一化發(fā)射光譜

圖3 340℃ 加熱紅外理療儀和理療貼的歸一化發(fā)射光譜圖比較

表1 傅里葉紅外光譜法（FTIR）測試紅外輻射率的優(yōu)勢

相比其他方法（如熱像儀法、雙波段法），F(xiàn)TIR更適合實驗室高精度研究，而工業(yè)現(xiàn)場可能采用更快速的替代方案。但其數(shù)據(jù)可靠性使其成為紅外輻射率測試的金標準之一。

參考標準

ASTM E1933  使用紅外成像輻射計測量和補償發(fā)射率的標準規(guī)程

ASTM E408  使用檢測儀技術(shù)的表面總正常發(fā)射的標準測試方法