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红外分光光度计测量太阳吸收涂层 80℃的发射比

2014/11/13 23:08:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  周 旭,苗建朋,李静静,陈 革,章其初

  ( 皇明太阳能集团镀膜研发中心,德州 253000)

  摘 要: 采用红外分光光度计和专门设计的试片恒温器测量 80℃时太阳选择性吸收涂层及金属涂层的反射光谱,采用黑体辐射普朗克函数积分计算得到该温度下试样的发射比。试样采用磁控溅射法在平面玻璃载片上制备。实际测量结果表明,该方法测量精度高,测量过程简便快捷。另外,红外分光光度计为通用仪器,反射光谱标样容易制备和计量校准。

  0 引 言

  衬底材料上沉积涂层的发射比测量,通常采用红外分光光度计测量试样的反射光谱 R( λ) 和透射

  光谱 T( λ) ,计算得到涂层的吸收光谱 α( λ) = 1 -R( λ) - T( λ) 。根据基尔霍夫定律,涂层的发射光谱等于吸收光谱。利用涂层的发射光谱与黑体辐射普朗克函数卷积,并归一化计算得到涂层的发射比[1]。国内低辐射镀膜玻璃的发射比就采用该方法测量,如中国建筑玻璃行业有关低辐射镀膜玻璃的国标[2]中所述。

  由于太阳选择性吸收涂层在红外波长范围透射光谱数值为零,则 α( λ) = 1 - R( λ) ,涂层通常只测量试样红外区域的反射光谱,再按照上述方法计算得到涂层的红外发射比[3]。太阳吸收涂层通常在高于室温条件下运行,如太阳热水器中的真空集热管,集热管内管外表面太阳吸收涂层的工作温度为室温~100℃ 。标准的红外分光光度计只能测量室温时的反射光谱,因此高于室温的涂层发射比通常采用室温测量得到的反射光谱,再由给定温度的黑体辐射普朗克函数计算得到,以此作为该温度下的发射比近似值[4]。另一种方法是采用量热法测量涂层的发射比。悉尼大学的 Harding G L 等[5]

  在 20 世纪80 年代试制了采用量热法测量发射比装置,测量全玻璃真空太阳集热管内管外表面上真空溅射的金属涂层和太阳选择性吸收涂层在 100 ~ 350℃ 的发射比。国内某单位也试制了类似装置,测量真空管集热管内管外表面涂层在温度80 ~300℃的发射比[6]。

  采用该装置测量真空溅射沉积的 Al 涂层,80 ~150℃时的发射比为0.022 ~0.025。分光光度计是标准的通用光学仪器,采用分光光度计方法测量发射比方便、快捷,但不能测量高于室温试 样 的 反 射 光 谱。测 量 一 个 试 样 仅 需 约10min。量热法测量真空集热管内管涂层的发射比没有通用测量仪器。Harding G L 等[5]研制的该装置在集热管的内管内置恒温加热部件,管外装冷却水套恒温,测量内置加热器在给定温度下的功率,利用公式计算得到热损,再计算得到涂层发射比。另外,采用量热法测量发射比较费时间。国家标准 GB/T 17049—2005《全玻璃真空太阳集热管》中规定,太阳选择性吸收涂层发射比为真空集热管的一项重要指标。因此,要求集热管涂层发射比的测量操作方便,精度足够高。本文试制了供测量玻璃载片试样的恒温加热装置,采用通用的红外分光光度计测量恒温加热的试样载片的反射光谱,计算得到该温度的涂层发射比。

  1 设备及方法

  采用天津光学仪器厂生产的 TJ270-30 型双光束红外分光光度计测量试样的反射光谱 R( λ) ,仪器测量波数范围4000 ~400cm- 1。该仪器配有一套标准附件、双光束红外镜面反射测量装置。图 1 为其镜面反射原理示意图。该分光光度计样片光束入射角度为7°。采用该装置测量反射光谱是相对法测量。测量试样的反射光强度与标样的反射光强度之比,利用已知标样的反射光谱计算得到试样的反射光谱。采用恒温器将试样加热至 80℃,测量试样在该温度下的反射光谱。恒温器由加热池和温控仪表组成,加热池如图 2。试样恒温加热池温度控制精度为 ±1℃,温度控制范围 50 ~ 120℃。采用真空磁控溅射制备Al 镜( Ag、Au 亦可) ,送中国计量科学院测量,作为标样( 计量院给出该标样的红外反射光谱) 。测量时,上述标样放置在红外分光光度计的反射光谱测量装置的参考样品位,待测量的试样放置在样品位。测量试样在真空磁控溅射三靶镀膜机上制备。试样有太阳选择性吸收复合膜及金属 Al 膜和 Cu 膜。分光光度计按步骤开机,自检通过后,重复测量同一试样,直至测量得到的试样反射光谱强度稳定后开始 测量样品。试样温度T下反射光谱RT( λ) 由式( 1)计算得到:

  按照上述测量方法,测量了一些用磁控溅射方法制备的涂层试样 20℃( 室温) 和 80℃法向发射比。每种试样在各温度下均独立测试 5 次。同一试样首先在室温下测量,后在 80℃时测量。

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