不锈钢表面多孔结构的吸收特性研究

论文摘要

本文采用激光加工法制备周期性分布的不锈钢表面大孔与小孔结构,采用阳极氧化方法制备表面无规则孔分布结构。采用金相显微镜、扫描电镜观察多孔材料表面的孔分布状态与孔径大小,轮廓仪、白光干涉仪测试孔深,紫外-可见光光度计与红外傅立叶光谱仪测试多孔材料光吸收率。同时在测试过程中对激光加工多孔结构中产生的偏差与缺陷进行了估计。材料表面形态直接影响其吸收特性,表面多孔结构孔洞大小、分布、深度都对表面吸收系数有影响。本文根据光学反射理论推导出不锈钢表面大孔结构吸收模型,根据光学衍射理论推导出不锈钢表面小孔结构吸收模型,根据表面大孔模型与小孔模型结合推导出无规则孔分布结构吸收模型。根据吸收率测试结果验证表面多孔结构吸收模型,结果表明,表面多孔结构对材料吸收率有明显的增强作用,最多可提高吸收率达两倍以上。表面大孔结构吸收模型能较好的反映表面多孔结构孔距、孔深、孔径的变化与吸收率变化的关系;当只有孔间距变化且越小时,和只有孔径变化且越大时,以及只有孔深变化且越大时,材料吸收率提高系数越大,即材料吸收率增加越多。表面小孔结构吸收模型与实验数据吻合较好,表明孔径接近入射波长尺寸时能强烈吸收入射波;当孔间距越小时,表面孔数量越大,材料吸收率提高系数越大,即材料吸收率增加越大。表面无规则孔分布结构既有大孔又有小孔,在光谱吸收时同时呈现大孔结构吸收与小孔结构吸收的特点;无规则结构孔洞越多,材料吸收提高系数越大,即材料吸收率增加越多;与入射波长尺寸近似的孔洞越多,材料吸收峰越高;吸收曲线趋势与无规则孔分布结构吸收模型吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和目的
• 1.2 金属表面多孔材料应用
• 1.2.1 隐身材料
• 1.2.2 吸波建筑材料
• 1.2.3 太阳能用多孔材料
• 1.2.4 高辐射材料
• 1.2.5 换热材料
• 1.2.6 生物医用材料
• 1.3 金属表面多孔材料吸收特性
• 1.3.1 热辐射性能的概述
• 1.3.2 表面微结构吸收特性
• 1.3.3 光反射与衍射原理
• 1.4 表面多孔结构制备方式
• 1.4.1 粉末烧结法
• 1.4.2 火焰喷涂法
• 1.4.3 丝网覆盖法
• 1.4.4 电镀法
• 1.4.5 机械加工法
• 1.4.6 化学刻蚀法
• 1.4.7 激光加工法
• 1.4.8 阳极氧化法
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 表面多孔结构材料制备及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 表面多孔结构制备方法
• 2.2.1 试样预处理
• 2.2.2 激光加工法制备多孔结构
• 2.2.3 阳极氧化法制备多孔结构
• 2.3 实验设备
• 2.3.1 激光器
• 2.3.2 磁控溅射镀膜仪
• 2.4 测试设备
• 2.4.1 金相显微镜
• 2.4.2 扫描电镜
• 2.4.3 轮廓仪
• 2.4.4 白光扫描干涉仪
• 2.4.5 紫外-可见光光度计
• 2.4.6 红外傅立叶光谱仪
• 第3章 表面多孔结构设计与表征
• 3.1 表面多孔结构设计
• 3.1.1 表面大孔结构试样设计
• 3.1.2 表面小孔结构试样设计
• 3.1.3 表面无规则孔分布结构试样
• 3.2 无孔材料试样表征
• 3.2.1 无孔试样表面显微观察
• 3.2.2 无孔试样表面吸收率测试
• 3.3 表面大孔结构材料试样表征
• 3.3.1 材料表面大孔结构显微观察
• 3.3.2 材料表面大孔结构深度测试
• 3.3.3 可见光区材料表面吸收率测试
• 3.4 表面小孔结构材料试样表征
• 3.4.1 材料表面小孔结构显微观察
• 3.4.2 材料表面小孔结构深度测试
• 3.4.3 中红外区材料表面吸收率测试
• 3.5 表面无规则孔分布结构材料试样表征
• 3.5.1 材料表面无规则孔分布结构显微观察
• 3.5.2 材料表面无规则孔分布结构深度测试
• 3.5.3 可见光区材料表面吸收率测试
• 3.6 本章小结
• 第4章 表面多孔结构吸收模型
• 4.1 表面大孔结构吸收模型
• 4.1.1 半球形大孔结构吸收模型
• 4.1.2 表面大孔结构吸收模型
• 4.2 表面小孔结构吸收模型
• 4.2.1 光吸收的量子效应
• 4.2.2 半球形小孔结构吸收模型
• 4.2.3 表面小孔结构吸收模型
• 4.3 表面无规则孔分布结构吸收模型
• 4.3.1 表面无规则孔分布结构吸收分析
• 4.3.2 表面无规则孔分布结构吸收模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 表面多孔结构吸收模型验证
• 5.1 表面多孔结构吸收模型修正
• 5.1.1 表面大孔结构吸收模型修正
• 5.1.2 表面小孔结构吸收模型修正
• 5.1.3 表面无规则孔分布结构吸收模型修正
• 5.2 表面大孔结构模型吸收验证
• 5.2.1 吸收率提高系数σ与孔距L关系
• 5.2.2 吸收率提高系数σ与孔深H关系
• 5.2.3 吸收率提高系数σ与孔径R关系
• 5.3 表面小孔结构吸收模型验证
• 5.3.1 吸收率提高系数σ与入射波长λ关系
• 5.3.2 吸收率提高系数σ与孔距L关系
• 5.3.3 吸收率提高系数σ与孔径R关系
• 5.4 表面无规则孔分布结构吸收模型验证
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录MATALAB程序
• 致谢