不同粒径和形貌ZnO的制备、表征及8～14μm红外发射率研究

论文摘要

20世纪80年代以来,红外隐身成为各国飞机隐身技术发展的重点之一。在新世纪,我们国家也投入大量的资金和人力在红外隐身技术上。但是目前国内红外隐身无论是在理论,还是在实际应用上都存在很大的空白。本课题试图从理论和实践的结合上来为红外隐身的发展贡献微薄力量。任何物体只要处于绝对零度以上都会向外辐射能量,红外探测器就是利用物体和背景之间的辐射不同从而探测到目标。因此实现红外隐身就是尽量降低物体的红外辐射能量。辐射能量的一个重要指标是发射率。发射率越大,则物体的红外辐射越大。在热平衡条件下,物体的辐射能量等于其吸收的能量。降低物体的辐射能量,就是要减少其吸收。物体的吸收衰减包含两方面,一是由物体本身的吸收性质所确定,另一方面是由于结构的不同导致的散射衰减。其中导致散射衰减主要有物质的颗粒粒径、形貌等因素。本课题用均匀沉淀法、水热合成法制备出了具有不同粒径大小的ZnO材料,以及具有不同形貌的ZnO如花瓣状、针状、四针状等。在讨论了不同粒径大小、不同形貌ZnO的生长机理以及光学性能后,重点讨论了其红外发射率的变化。研究发现,随着ZnO颗粒粒径的减小,其红外发射率逐渐降低。花瓣状、针状、四针状ZnO的发射率也是逐渐减小。对此ZnO粒径、形貌与发射率之间的规律,我们运用粒子散射原理进行了较好地解释。粒径和发射率之间的关系,可以运用Mie散射公式进行推导,得到粒径和吸收之间的定量曲线关系。可以发现在粒径从微米级下降到纳米时,吸收明显降低,从而发射率也就降低。这个规律不仅对ZnO适应,而且应该是一条普遍规律。形貌和发射率之间的关系比较复杂,难于进行定量的计算。不过可以看出,物体微粒的形貌越复杂,其散射就越强烈,从而发射率也就偏高。当形貌近似相同时,微粒的间距越大,发射率就越低。这是因为间距大,就更容易形成独立散射,微粒相互之间影响小,从而散射强度降低,吸收也就少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 红外隐身原理与实现手段
• 1.1.1 红外隐身原理
• 1.1.2 红外的大气传播
• 1.1.3 红外隐身的实现
• 1.2 红外辐射机理
• 1.2.1 电子跃迁机制
• 1.2.2 晶格振动机制
• 1.2.3 粒子散射原理
• 1.3 低发射率材料的研究现状
• 1.3.1 低发射率颜料及影响因素
• 1.3.2 粘合剂的影响
• 1.4 ZnO的基本性质及制备方法
• 1.4.1 ZnO的基本特性
• 1.4.2 ZnO的制备方法
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 1.6 本论文主要的表征与测试方法
• 第二章 均匀沉淀法制备不同粒径纳米氧化锌
• 2.1 引言
• 2.2 样品制备与测试
• 2.2.1 原料及仪器
• 2.2.2 制备过程
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 样品的X射线衍射分析（XRD）
• 2.3.2 样品的透射电镜分析（TEM）
• 2.3.3 样品的扫描电镜分析（SEM）
• 2.3.4 样品的能谱分析（EDS）
• 2.3.5 纳米ZnO的生长机理分析
• 2.4 小结
• 第三章 低温水热合成花瓣状ZnO及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 原料及仪器
• 3.2.2 制备过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 X射线衍射分析（XRD）
• 3.3.2 扫描电镜分析（SEM）
• 3.3.3 透射电镜分析（TEM）
• 3.3.4 生长机理探讨
• 3.3.5 紫外-可见光吸收谱
• 3.3.6 光致发光光谱
• 3.4 小结
• 第四章 低温水热合成针状ZnO及表征
• 4.1 实验
• 4.1.1 原料及仪器
• 4.1.2 实验过程
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 X射线衍射分析（XRD）
• 4.2.2 电镜分析（TEM、SEM）
• 4.2.3 能谱分析（EDS）
• 4.2.4 针状ZnO生长机理探讨
• 4.2.5 针状ZnO光致发光光谱
• 4.3 小结
• 第五章 ZnO颗粒粒径、形貌与发射率关系研究
• 5.1 引言
• 5.2 ZnO颗粒粒径与红外发射率关系研究
• 5.2.1 红外发射率测试
• 5.2.2 样品的红外光谱分析（IR）
• 5.2.3 运用粒子散射原理解释ZnO粒径与发射率之间的关系
• 5.3 ZnO颗粒形貌与红外发射率关系研究
• 5.3.1 不同形貌ZnO的红外发射率测试
• 5.3.2 四针状ZnO的扫描电镜图片
• 5.3.3 不同形貌znO的红外光谱（IR）
• 5.3.4 样品形貌对8～14μm波段发射率影响分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文