[科普中国]-红外辐射材料

工程上，红外辐射材料是指能吸收热辐射而发射大量红外线的材料。红外辐射材料可分为热型、“发光”型和“热-发光”混合型三类。红外辐射材料的辐射特性取决于材料的温度和发射率，发射率是红外辐射材料的重要特征值。

材料辐射的概念影响材料反射、透射和辐射性能的有关因素必然会在其发射率的变化规律中反映出来。材料发出辐射是因其组成原子、分子或离子体系在不同能量状态间跃迁产生的。一般来说，这种发出的辐射，在短波段主要与其电子的跃迁有关，在长波段则与其晶格振动特性有关。因此，组成材料的元素、化学键形式、晶体结构以及存在缺陷等因素都将对材料的发射率产生影响。多数红外辐射材料，其发射红外线的性能，在短波段主要与电子在价带至导带间的跃迁有关，在长波段主要与晶格振动有关。晶格振动频率取决于晶体结构、组成晶体的元素的原子量及化学键特性。

一般来说，材料表面愈粗糙，其发射率值愈大(暖气片表面不光滑)。红外线在金属表上的反射性能与红外线波长对表面不平整度的相对大小有关，与金属表面上的化学特征(如油脂玷污、附有金属氧化膜等)和物理特征(如气体吸附、晶格缺陷及机械加工引起的表面结构改变等)有关。材料的体因素包括材料的厚度、填料的粒径和含量等。对某些材料，如红外线透明材料或半透明材料，其发射率值还与其体因素有关。这是红外线能量在传播过程中材料的吸收所致。随着玻璃厚度的增加，发射率增大。在工作条件下，由于与环境介质发生相互作用或其他物理化学变化，从而引起成分及结构的变化，也将使材料的发射率改变。1

红外的辐射材料基本特性1、在相当宽的波长范围内具有高的发射率；

2、在工作温度范围内具有长期化学稳定性和热稳定性，并能在常温下长期储存；

3、与热载体(非金属或金属)有很好的结合力，并有足够的机械强度，骤冷骤热不剥离；

4、涂敷工艺简便，易于施工；

5、无毒无害，对人体健康不会造成损害2。

红外辐射材料的影响因素1、材料本身结构对其发射率的影响。一般说金属导电体的ε值较小，电介质材料的ε值较高。存在这种差异的原因与构成金属和电介质材料的带电粒子及其运动特性直接有关。带电粒子的特性不同，材料的电性和发射红外辐射的性能就不一样，而这往往与材料的晶体结构有关。

2、材料的发射率随辐射波长的变化多数红外辐射材料，其发射红外线的性能，在短波主要与电子在价带至导带间的跃迁有关，在长波段主要与晶格振动有关。晶格振动频率取决于晶体结构、组成晶体的元素的原子量及化学键特性。

3、原材料预处理工艺对发射率的影响。

4、发射率与温度有关，温度影响材料的发射率。

5、发射率受材料表面状态的影响。一般说来，材料表面愈粗糙，其发射率值愈大。

6、材料的体因素对发射率的影响。材料的体因素包括材料的厚度、填料的粒径和含量等等。对某些材料，如红外线透明材料或半透明的材料，其发射率值还与其体因素有关。3

红外辐射材料的应用1、用于热能利用方面

(1)红外加热。红外加热与干燥是指利用热辐射体所发射出来的红外线，照射到物体上并被吸收后转换成热(或同时伴随其他非热效应)，从而达到加热、干燥的目的。如在机械和金属领域用于机械设备的金属部件、车架、船舶的喷漆烘干，铸型的干燥等；在化工领域用于热塑性树脂的干燥、纸浆和药品的干燥、玻璃和陶瓷的预热和烧结等；在医疗领域用于促进血液循环和汗腺的分泌、外伤的治疗等；在食品工业领域用于冷冻谷类捆包前的脱水、冷冻食品的解冻、稻谷水果的烘干等等。

(2)作为耐火材料。高发射率红外辐射涂层属于不定形耐火材料中的一种，一般被涂于加热炉的炉衬耐火砖或耐火纤维毡表面，也可涂于测温套管、烧嘴砖等表面，将十分有利于热能的利用。

2、用于航天领域。航天器用红外辐射涂层是一种高温高发射率涂层，涂在航天器表面上，作为辐射防热结构。

3、用于军事目的

(1)防红外伪装涂层。红外伪装的最基本原理是降低和消除目标和背景的辐射差别，以降低目标被发现和识别的可能性。近红外伪装涂层要求目标与背景的光谱反射率尽可能接近；中、远红外伪装涂层则一般采用低发射率涂层材料，以弥补二者的温度差异。

(2)红外诱饵器。红外诱饵器作为对付红外制导导弹的一种对抗手段，正受到重视。若采用固体热红外假目标(诱饵)，在表面涂上高发射率涂层，则能提高诱饵的红外辐射强度，从而提高假目标的有效性。选择不同辐射频率的材料作成的红外诱饵器可以模拟各种武器装备的红外辐射特征，更好地发挥红外诱饵假目标的作用。3

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学