[科普中国]-选择吸收

选择吸收，指介质只吸收光束中某些波长的光，而让其余波长的光透过或反射。透明介质的颜色就是它透过的颜色。不透明介质的颜色就是它反射的颜色。选择吸收用来改变光的光谱成分。1

选择吸收效应假设我们对地球吸收的性质知之甚微，仅仅知道高频波的衰降程度大大地比低频波大。我们从已知的事实中所得的这种吸收类型，证明从真实的震波图观察到的频率显著地低于突然引爆一个装药所预期的频率。若我们试图利用探音器来听到从地球传来的声音，我们也仅能听到较低频的声音。

代表刚才描述的这种类型的吸收频带的最简单的样式，为写下地球的透射因子（trasmission factor），如：

其中f为频率，f1为常量的参考频率，x1为一常数，x为波在地球中运行的距离，q为确定吸收波段的边缘的陡峭程度的一个参数。可以说，确定x1后，当距离x=x1，f为频率，则相应的振幅就下降一个因子1/e，其中e为自然对数的底。在下图描出了以下函数：

为代表的各种q值的一族曲线。于是，这些曲线代表了可能的吸收频带以代表地球的吸收频谱。则我们可以注意到：当q值增加时，波段或频带的边缘的陡峭度增加。q无限制地增加，则所有波段的频率低于f1的都自由地传输出去，而高于f1的则完全被吸收。2

光的选择吸收光的选择和吸收可以应用于许多领域，比如可以利用光的选择吸收作用制成冷、暖房和热水供应系统等的太阳能装置。理想的太阳能吸收器的表面应满足如下要求：可见光吸收效率高而红外线辐射作用小，制品经久耐用。有效吸收太阳能的关键问题是，应在可见光全部波长区域内，都能保持高吸收率，而且红外线辐射要少，使所吸收能量的放出量最低。

太阳能吸收器的表面处理工艺，包括镀黑镍、黑铬、钢铁黑色氧化处理及铬酸盐黑钝化等。上表列出各种黑色膜层对太阳能的吸收特性。镀镍钢板上的黑镍镀层，具有良好的太阳能选择吸收特性，但经短时间的腐蚀试验后，镀膜的光吸收特性逐渐减弱。黑镍镀层一般多含有硫化物、氧化物或锌等金属盐类，添加这些杂质可使黑镍镀层结晶颗粒细化，但耐蚀性往往达不到要求。与此相反，镀镍钢板上的黑铬镀层的吸收能力极好（吸收率0.95，放射率0.09），在90℃下它要比黑色涂层高出30%左右。按MIL-STD-810B标准进行潮湿试验表明，其最长暴露时间可达192h。此外，也有采用铝的黑色氧化处理、铜的黑色化学处理等方法来获得适宜的镀层。3

太阳光谱选择吸收涂料又称太阳能选择吸收涂料。是能将太阳能转换成热能又不以热辐射形式发射出去的一种光热转换功能涂料。理想的光谱选择吸收涂料应在太阳光谱区（波长2μm）辐射率ε极低，即as/ε很大，吸热保温效果好，可达到充分利用太阳能的目的。由基料、颜料、助剂等组成。基料选择要求as高，ε小，在集热温度范围内稳定，对基底附着力强，耐大气稳定性好。常用基料有丙烯酸及有机硅树脂等。颜料是决定as/ε值的关键因素，常用有硫化铅及铁锰铜氧化物（FeMnCuOx）等，as/ε值可达2以上。通过调节颜料浓度、细度、涂层厚度及底材的性质和光洁度均能影响as/ε值的变化。4

选择吸收膜400~800K的物体的热放射频谱在2～20μm之间。理想的太阳能收集器能将0.3～2μm波长范围内的太阳能全部吸收（反射率R=0），而又完全不辐射出2~20μm的红外线（R=1）。若使用象这样以2μm为临界波长的选择吸收膜，则太阳能的集热效率将大为提高。

在研磨过的铜基板上，于0.5托Ar气中所制成的Cr超细粉末膜，当总体厚度σ=20μg/cm2，温度为300K时，对太阳光的吸收率as=80%，辐射率e=5%。当σ增大时，as和e也增大。如将这种膜在小于10-6托真空中进行500℃加热处理，则可在200℃以下稳定地工作。

从上述二例中可知，全波长膜和有特定波长限制的膜，两者均可利用超细粉末膜来实现。5

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学