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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(cè)試技術(shù)，具有高光譜分辨率、寬波段覆蓋能力，能夠精確測(cè)量材料在特定波長(zhǎng)下的光譜發(fā)射率，適用于從中紅外到遠(yuǎn)紅外的寬光譜范圍。該方法采用非接觸式測(cè)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(yuǎn)紅外理療材料等領(lǐng)域的紅外輻射測(cè)量。FTIR的高精度、標(biāo)準(zhǔn)化流程使其成為實(shí)驗(yàn)室熱輻射性能研究的金標(biāo)準(zhǔn)，尤其適用于需要精細(xì)光譜分析的場(chǎng)景，為材料熱輻射性能的精準(zhǔn)表征提供了可靠手段。
正文
紅外輻射率（發(fā)射率）測(cè)試在多個(gè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，主要涉及材料科學(xué)、工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)療健康、航空航天、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，具體如下：
紡織與功能性材料
用于測(cè)試遠(yuǎn)紅外紡織品的發(fā)射率，評(píng)估其保暖性能和遠(yuǎn)紅外輻射效果，如保暖內(nèi)衣、遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品等。檢測(cè)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(píng)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(cè)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(diǎn)。
衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)工廠(chǎng)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(guò)調(diào)節(jié)發(fā)射率控制熱量散發(fā)或吸收。
開(kāi)發(fā)低發(fā)射率隱身涂層，降低飛機(jī)、坦克等軍事目標(biāo)的紅外信號(hào)。
能源與環(huán)保
優(yōu)化太陽(yáng)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(cè)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(píng)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(yuǎn)紅外輻射特性，輔助疾病診斷（如腫瘤熱成像）。
開(kāi)發(fā)紅外理療設(shè)備，利用高發(fā)射率材料促進(jìn)血液循環(huán)和康復(fù)。
地質(zhì)與遙感
通過(guò)測(cè)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(cè)。機(jī)載/星載高光譜熱紅外遙感，用于地表溫度監(jiān)測(cè)和礦物識(shí)別。
自動(dòng)駕駛與智能傳感
紅外輻射率測(cè)試的應(yīng)用廣泛，不同行業(yè)根據(jù)需求選擇適合的測(cè)試方法（如FTIR光譜儀、熱像儀、發(fā)射率測(cè)量?jī)x等）。
傅里葉紅外光譜儀測(cè)試發(fā)射率主要方法
1. 直接測(cè)量法
原理：通過(guò)直接測(cè)量樣品的輻射能量與同溫度下黑體的輻射能量對(duì)比，計(jì)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(cè)量樣品的光譜輻射率（需控制樣品溫度）。
輻射計(jì)/紅外測(cè)溫儀：通過(guò)已知溫度的樣品輻射與黑體輻射比較，計(jì)算積分發(fā)射率（全波段或特定波段）。適用場(chǎng)景：實(shí)驗(yàn)室高精度測(cè)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(guò)測(cè)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(chǎng)景：適用于常溫、高反射材料（如金屬、鏡面涂層）。
二、測(cè)試設(shè)備
1.傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）：需配備紅外探測(cè)器（如DTGS、MCT）、高溫樣品腔及控溫模塊。
2.黑體輻射源：作為校準(zhǔn)基準(zhǔn)，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(tái)，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(bǔ)償測(cè)。
三、測(cè)試步驟
1. 樣品準(zhǔn)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(zhǔn)
· 背景掃描：在樣品室無(wú)樣品時(shí)采集背景光譜（消除環(huán)境輻射干擾）。
· 黑體標(biāo)定：將黑體源加熱至目標(biāo)溫度（如100~500℃），測(cè)量其輻射光譜Lblackbody(λ)
3. 樣品測(cè)量
· 加熱樣品：將樣品加熱至與黑體相同的目標(biāo)溫度，穩(wěn)定至少10分鐘（溫度波動(dòng)<±1℃）。
• 輻射光譜采集：
使用FTIR測(cè)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(bǔ)償，需額外測(cè)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(jì)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(jì)算：對(duì)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(yīng)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(cè)試紅外輻射率的優(yōu)勢(shì)
| 優(yōu)勢(shì) | 說(shuō)明 |
|---|---|
高精度 | 光譜分辨率高，可精確測(cè)定不同波長(zhǎng)的發(fā)射率，適用于科研級(jí)分析 |
寬溫度適應(yīng)范圍 | 可測(cè)量從低溫（室溫）到高溫（1000℃+）的輻射特性 |
多功能性 | 可同時(shí)測(cè)量發(fā)射率、反射率、透射率，適用于不同材料（透明/不透明） |
非破壞性 | 無(wú)需破壞樣品，適用于珍貴或難以制備的材料 |
標(biāo)準(zhǔn)化方法 | 符合ASTM E423、ISO 18434-1等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)可靠性高。 |
可結(jié)合其他技術(shù) | 如與熱像儀、XRD、SEM等聯(lián)用，進(jìn)行多維度材料表征。 |
相比其他方法（如熱像儀法、雙波段法），F(xiàn)TIR更適合實(shí)驗(yàn)室高精度研究，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試的金標(biāo)準(zhǔn)之一。
參考標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E1933 使用紅外成像輻射計(jì)測(cè)量和補(bǔ)償發(fā)射率的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程
ASTM E408 使用檢測(cè)儀技術(shù)的表面總正常發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法
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