微纳结构材料光谱传输特性与高温多向反射实验研究

Micro/nanostructure materials are widely used in the fields of energy power, aerospace and so on. In order to uncover the multi-scale transport mechanism of spectral radiation in micro-nano scale, establish experimental measurement methods of spectral radiation properties on micro/nanostructure materials with strong scattering, solve the multi-scale theoretical model of spectral characteristic parameter identification and experimental measurement parameter extension, and put forward integral measurement method for temperature and spectral properties of high-temperature materials with unknown emissivity, this project intend to carry out muti-scale spectral transport integral analysis of micro/nanostructure materials, reflection measurement methods and experimental system research on high-temperature spectral radiation properties of micro-nano structure with strong scattering, experimental measurement and analysis of high-temperature reflection spectral radiation properties of micro-nano materials, and parameter identification method for high-temperature scattering spectral properties of micro/nanostructure materials. Finally obtain high-temperature scattering spectral characteristic parameters of typical micro- and nanostructure materials based on above researches.. Establish experimental research methods, which have basic supporting role, for temperature measurement and radiation characteristic parameters measurement of scattering material in high temperature, and reveal spectral transport mechanism in these materials to deeply understand the characteristic rules by researches. Then supply basic theoretical support for related technological development, and promote scientific development in related fields.

微纳结构材料在能源动力、航空航天等高新技术领域有广泛的应用。为了揭示微纳尺度下的光谱辐射多尺度输运机理，建立强散射性微纳结构材料光谱辐射特性的实验测量方法，解决多尺度下光谱特性多参数辨识及实验测量参数外延的理论模型，提出未知发射率的高温材料温度与光谱特性一体化测量方法，本项目拟开展微纳结构材料多尺度下光谱输运的一体化分析、强散射性微纳结构材料高温光谱辐射特性的反射测量方法与实验系统研究；微纳结构材料高温反射光谱辐射特性实验测量与分析；微纳结构材料高温散射光谱特性参数辨识方法；最终集成上述研究，获得典型微纳结构材料的高温散射光谱特性参数。.通过研究，建立具有基础支撑性作用的高温温度测量、散射性材料高温辐射特性参数测量的实验研究手段；揭示这类材料内光谱输运过程机理，深入认识其特性规律。为相关技术发展提供基础理论支持，促进相关领域科学发展。

微纳结构材料在能源动力、航空航天等高新技术领域的应用越来越广泛，尤其是高温环境下，考虑到辐射传热是高温条件下传热的主要形式，故准确获取材料的辐射特性参数对其在各领域应用中的性能研究具有重要的指导意义。本项目根据微纳孔隙材料的真实结构扫描结果进行理论建模，并据此开展了孔隙尺度的辐射传输数值模拟及机理分析，发展了具有一定准确度且计算效率较高的双尺度辐射特性耦合分析模型。通过建立微观、宏观、介观孔隙骨架并存时吸收散射性基元多光谱泛尺度一体化传输计算方法，分析了微观结构材料结构单元组成、几何尺度特性等因素对光谱辐射特性的影响机制。此外，本项目分别搭建了针对基材及微纳孔隙材料的高温光谱辐射特性测量系统，并建立了相应的辐射特性参数辨识模型。基材辐射特性参数作为理论分析的输入参数，其准确获取是保证理论分析及其预测结果准确性的重要前提，故本项目基于FTIR光谱仪和高温加热腔搭建的辐射特性测量系统可开展针对半透明基材的透射和反射光谱测量，而基于辐射加热源的高温辐射特性测量系统则用于测量不透明基材的发射和反射光谱测量。与此同时，针对微纳孔隙材料表观辐射特性的直接测量，可更直观地体现其辐射传输过程，故本项目基于FTIR光谱仪开展了微纳孔隙材料的方向表观辐射特性测量，并考虑其样品界面的破碎效应，提出了边缘层-完整元胞层-边缘层的三层辐射传输模型，并获得了泡沫镍材料不同温度下的衰减系数等基础辐射特性参数，为相关领域的应用提供基础辐射特性数据。本研究涉及传统的热辐射理论、实验传热学、光谱学、光学和计算物理等多个学科的交叉，是目前国际上热辐射及相关领域的前沿课题。