CN110031114A - 面源黑体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种面源黑体。该面源黑体包括一面板,该面板具有相对设置的第一表面和第二表面,所述面板的第一表面设置有碳纳米管复合材料,该碳纳米管复合材料包括黑漆以及多个碳纳米管,该多个碳纳米管分散在黑漆中。

Description

面源黑体
技术领域
本发明涉及一种黑体辐射源,尤其涉及一种面源黑体。
背景技术
随着红外遥感技术的快速发展,红外遥感被广泛应用于军事领域和地球勘探、天气预报、环境监测等民用领域。然而所有的红外探测仪器都需要经过黑体标定后方可使用,黑体作为标准辐射源,其作用日益突出,黑体的发射率越高,其标定红外探测仪器的精度越高。黑体包括腔式黑体和面源黑体两种。其中,面源黑体的有效发射率主要取决于面源黑体的面型结构和表面材料的发射率。因此,选择高发射率的表面材料,对获得高性能的面源黑体具有重要的意义。
发明内容
确有必要提供一种具有较高发射率的面源黑体。
面源黑体,该面源黑体包括一面板,该面板具有相对设置的第一表面和第二表面,所述面板的第一表面设置有碳纳米管复合材料,该碳纳米管复合材料包括黑漆以及多个碳纳米管,该多个碳纳米管分散在黑漆中。
与现有技术相比,在本发明提供的面源黑体中,碳纳米管是目前世界上最黑的材料,碳纳米管的发射率高达99.6%,远远大于目前面源黑体表面材料(如Nextel Velvet81-21黑漆的发射率为96%)的发射率,所以包括碳纳米管和黑漆的碳纳米管复合材料的发射率也高于目前面源黑体表面材料的发射率;当碳纳米管在所述黑漆中保持直立的状态时,相邻的碳纳米管近乎平行形成有空隙,当光线入射至该黑体辐射腔时,光线在空隙中被相邻的碳纳米管来回反射,出射的光线大大减少,所以碳纳米管复合材料的发射率得到进一步提高;碳纳米管可由高温条件下碳源气化纳米管具有优异的力学性能,利学气相沉积制备,原材料价廉易得;碳用碳纳米管材料制备面源黑体将会增加面源黑体的稳定性,使得星载黑体在恶劣的环境下不易损坏。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的面源黑体的剖面结构的示意图。
图2为本发明实施例二提供的面源黑体的剖面结构的示意图。
图3为本发明实施例三提供的面源黑体的剖面结构的示意图。
图4为本发明实施例四提供的面源黑体的剖面结构的示意图。
主要元件符号说明
面源黑体 10,20,30,40
黑板 11,21,31,41
碳纳米管复合材料 12,22,32,42
第一表面 110,210,310,410
第二表面 111,211,311,411
碳纳米管 121,221,321,421
黑漆 120,220,320,420
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的面源黑体。
本发明提供一种面源黑体,该面源黑体包括一面板,所述面板具有相对设置的第一表面和第二表面,所述第一表面设置有碳纳米管复合材料。所述碳纳米管复合材料包括黑漆以及多个碳纳米管,该多个碳纳米管均匀分散在所述黑漆中。所述黑漆选用高发射率的黑漆,如Pyromark 1200黑漆(发射率为0.92)、Nextel Velvet 811-21黑漆(发射率为0.95)等。所述多个碳纳米管在碳纳米管复合材料中的含量为1%到50%,所述多个碳纳米管在所述碳纳米管复合材料中的含量为2%到10%较好。优选地,所述碳纳米管在所述黑漆中保持直立的状态,且碳纳米管的轴向基本垂直于所述面板的第一表面更优。
所述面板由耐高温、并具有较高发射率的材料制成,具体地,所述面板可以由硬铝材料、铝合金材料或无氧铜制成。
所述碳纳米管复合材料为一个平整的结构,其表面粗糙度较大,也就是说,所述碳纳米管复合材料的表面比较粗糙。
当碳纳米管在所述黑漆中保持直立的状态时,相邻的碳纳米管近乎平行形成有空隙,当光线入射至该面源黑体时,光线在空隙中被相邻的碳纳米管来回反射,出射的光线大大减少,所以碳纳米管复合材料的发射率得到进一步提高。
进一步地,该黑体辐射源还包括一加热元件,该加热元件可以为现有技术的加热元件,也可以是利用碳纳米管结构的加热元件。
请参阅图1,本发明实施例一提供一种面源黑体10,该面源黑体10包括一面板11,该面板11具有相对设置的第一表面110和第二表面111,该第一表面110设置有碳纳米管复合材料12。所述碳纳米管复合材料12包括黑漆120及多个碳纳米管121,该多个碳纳米管121均匀分散在所述黑漆120中,且在所述黑漆120中无规则排列。所述黑漆120采用Pyromark1200黑漆,所述碳纳米管121在碳纳米管复合材料12中的含量为2%。
所述面源黑体10中的面板材料为铝合金材料,该面板11为一个平板状结构。
所述碳纳米管复合材料12为一个表面平整的结构,其表面粗糙度较大,也就是说,所述碳纳米管复合材料12的表面比较粗糙。
所述加热元件采用碳纳米管结构的加热元件。该碳纳米管结构的加热元件包括一碳纳米管结构及间隔设置在该碳纳米管结构表面的第一电极和第二电极,其中,所述碳纳米管结构设置在所述面源黑体的第二表面,所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线,所述碳纳米管结构包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管,该碳纳米管结构中的多个碳纳米管从第一电极向第二电极的方向延伸。
通过第一电极和第二电极给所述碳纳米管结构通电,碳纳米管结构可以对面源黑体进行整体加热,使得所述面源黑体的温场均匀分布,可以提高面源黑体的温度稳定性和均匀性;由于碳纳米管密度小、重量轻,采用碳纳米管结构为加热元件,可使面源黑体具有更轻的重量,使用方便;所述碳纳米管结构具有较低的电阻,且碳纳米管的电热转换效率高,热阻率低,采用碳纳米管结构加热黑体辐射腔具有升温迅速、热滞后小、热交换速度快的特点;碳纳米管具有较好的韧性,采用碳纳米管结构为加热元件的面源黑体具有较长的使用寿命。
本发明实施例一还提供一种所述面源黑体的制备方法,其具体包括以下步骤:
S11,提供一面板,该面板具有相对设置的第一表面和第二表面;
S12,提供一碳纳米管浆料,该碳纳米管浆料包括黑漆以及多个碳纳米管;
S13,在所述面板的第一表面涂覆所述碳纳米管浆料,并烘干该碳纳米管浆料,形成碳纳米管复合材料。
步骤S11中,所述面板为一平板状结构,其材料为铝合金材料。所述面板具有相对设置的第一表面和第二表面。
步骤S12中,所述碳纳米管浆料包括黑漆和多个碳纳米管,该黑漆选用Pyromark1200黑漆(发射率为0.92)。所述碳纳米管在碳纳米管浆料中的含量为2%。
步骤S13中,将所述碳纳米管浆料涂覆在所述面板的第一表面,并烘干该碳纳米管浆料,形成碳纳米管复合材料。形成的碳纳米管复合材料中,碳纳米管均匀地分散在所述黑漆中。
更进一步,将所述加热元件设置在所述面板的第二表面,可以实时实现对所述面板的加热。
请参阅图2,本发明实施例二提供一种面源黑体20,该面源黑体20的结构与实施例一的面源黑体10的结构基本相同,包括一面板21,该面板21具有相对设置的第一表面210和第二表面211,该第一表面210设置有碳纳米管复合材料22。所述碳纳米管复合材料22包括Pyromark 1200黑漆220及多个碳纳米管221,所述碳纳米管221在碳纳米管复合材料22中的含量为3%。所述碳纳米管221在所述Pyromark 1200黑漆中保持直立的状态,且碳纳米管221的轴向基本垂直于所述面板21的第一表面210。
当然,如果欲使碳纳米管复合材料中的碳纳米管直立起来,可以通过以下两种方式来实现。
第一种方式,将特定胶带粘于CNT复合材料的表面,在特定温度下加热所述胶带,CNT复合材料中的碳纳米管被所述特定胶带粘住,然后在所述特定温度下揭去胶带,将CNT复合材料中的碳纳米管拉起,使碳纳米管直立且基本垂直于所述面板的第一表面。
第二种方式,首先,将液体胶倾倒于所述CNT复合材料的表面,并使液体胶在所述CNT复合材料的表面流平;其次,固化所述液体胶,固化的方法依据液体胶本身的性质而定;最后,去除CNT复合材料表面的固化后的液体胶,以使CNT复合材料中的碳纳米管竖立,去除所述固化后的液体胶的方法可以为直接揭去所述固化后的液体胶或用镊子或其他工具将所述固化后的液体胶揭去。
请参阅图3,本发明实施例三提供一种面源黑体30,该面源黑体30包括一面板31,该面板31具有相对设置的第一表面310和第二表面311,该第一表面310设置有碳纳米管复合材料32。所述碳纳米管复合材料32包括黑漆320及多个碳纳米管321,该多个碳纳米管321均匀分散在所述黑漆320中,所述碳纳米管复合材料32的表面设置有多个微结构,该微结构为条形突起或点状突起,该条形突起的横截面形状为三角形、梯形、方形等,所述点状突起的横截面形状为三角形、梯形、方形等。在本实施例中,所述微结构为多个点状突起,该点状突起为三棱锥。所述黑漆320选用高发射率的NextelVelvet 811-21黑漆(发射率为0.95)。所述碳纳米管321在碳纳米管复合材料中的含量为5%。
所述面板31为平板状结构,由铝合金材料制成。
进一步地,该面源黑体30还包括一加热元件,该加热元件采用实施例一中的碳纳米管结构的加热元件。
本发明实施例三提供的面源黑体30中,碳纳米管复合材料232表面形成有多个微结构,相当于增加了所述面板31的表面积,进一步增大了所述面源黑体30的发射率。
本发明实施例三还提供一种所述面源黑体的制备方法,其具体包括以下步骤:
S21,提供一面板,该面板具有相对设置的第一表面和第二表面;
S22,提供一碳纳米管浆料,该碳纳米管浆料包括黑漆以及多个碳纳米管;
S23,在所述面板的第一表面涂覆所述碳纳米管浆料,并烘干该碳纳米管浆料,形成碳纳米管复合材料。
S24,在所述碳纳米管复合材料的表面形成多个微结构。
步骤S21中,所述面板为一平板状结构,其材料为铝合金材料。所述面板具有相对设置的第一表面和第二表面。
步骤S22中,所述碳纳米管浆料包括黑漆以及多个碳纳米管,该黑漆选用NextelVelvet 811-21黑漆(发射率为0.95)。所述碳纳米管在碳纳米管浆料中的含量为5%。
步骤S23中,将所述碳纳米管浆料涂覆在所述黑体辐射腔的内表面,并烘干该碳纳米管浆料,形成碳纳米管复合材料,在该碳纳米管复合材料中,碳纳米管均匀地分散在所述黑漆中。
步骤S24中,采用激光照射法使碳纳米管复合材料的表面形成多个微结构,具体的,激光束斑直径、功率以及扫描速度根据多个微结构的形状和尺寸决定。在本实施例中,提供一激光束的照射路径可由电脑程序控制的激光器,利用该激光器照射碳纳米管复合材料的表面,在碳纳米管复合材料的表面形成多个三棱锥。
更进一步,将所述加热元件设置在所述面板的第二表面,可以实时实现对所述面源黑体的加热。
本发明实施例二还进一步提供一种所述面源黑体的制备方法,其具体包括以下步骤:
S31,提供一面板,该面板具有相对设置的第一表面和第二表面,该面板的第一表面形成有多个微结构。
S32,提供一碳纳米管浆料,该碳纳米管浆料包括黑漆以及碳纳米管。
S33,在所述面板的第一表面涂覆所述碳纳米管浆料,并烘干该碳纳米管浆料,形成碳纳米管复合材料。
步骤S31与步骤S21基本相同,不同之处在于面板的第一表面形成有多个微结构,微结构为三棱锥,相邻的三棱锥之间底端连接处形成非平凹形的锥槽。
步骤S32与步骤S22相同,在此不再详述。
步骤S33中,在所述面板的第一表面涂覆所述碳纳米管浆料,确保各个三棱锥的表面均涂覆有浆料,但碳纳米管浆料还没有完全覆盖所述三棱锥,还保持有三棱锥的形状。然后烘干该碳纳米管浆料,在各个三棱锥的表面形成一层碳纳米管复合材料。也就是说,碳纳米管复合材料的表面形成有多个三棱锥。
不限于此,所述多个微结构也可以为多个条形突起或点状突起,该条形突起的横截面形状为三角形、梯形、方形等,所述点状突起的横截面形状为三角形、梯形、方形等。
请参阅图4,本发明实施例四提供一种面源黑体40,该面源黑体40包括一面板41,该面板41具有相对设置的第一表面410和第二表面411,该第一表面410设置有碳纳米管复合材料42。所述碳纳米管复合材料42包括高发射率的Nextel Velvet 811-21黑漆420(发射率为0.95)及多个碳纳米管421,所述碳纳米管复合材料42的表面设置有多个微结构,该微结构为多个点状突起,该点状突起为三棱锥。所述碳纳米管421在碳纳米管复合材料中的含量为4%。所述碳纳米管421在所述Nextel Velvet 811-21黑漆中保持直立的状态,且碳纳米管421的轴向基本垂直于所述面板41的第二表面411更优。
本发明实施例四提供的面源黑体40中,碳纳米管复合材料42的表面形成有多个微结构,相当于增加了所述面板41的表面积,进一步增大了所述面源黑体40的发射率。
当然,如果欲使碳纳米管复合材料中的碳纳米管直立起来,可以通过实施例一中的两种方式来实现。
本发明提供的面源黑体,具有以下优点:其一,碳纳米管是目前世界上最黑的材料,碳纳米管的发射率高达99.6%,远远大于目前面源黑体表面材料(如Nextel Velvet81-21黑漆的发射率为96%)的发射率,所以包括碳纳米管和黑漆的碳纳米管复合材料的发射率也高于目前面源黑体表面材料的发射率;其二,当碳纳米管在所述黑漆中保持直立的状态时,相邻的碳纳米管近乎平行形成有空隙,当光线入射至该黑体辐射腔时,光线在空隙中被相邻的碳纳米管来回反射,出射的光线大大减少,所以碳纳米管复合材料的发射率得到进一步提高;其四,碳纳米管可由高温条件下碳源气化纳米管具有优异的力学性能,利学气相沉积制备,原材料价廉易得;其五,碳用碳纳米管材料制备面源黑体将会增加面源黑体的稳定性,使得星载黑体在恶劣的环境下不易损坏。而且,所述面源黑体的制备方法简单、易行。
另外,本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化,当然,这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种面源黑体,该面源黑体包括一面板,该面板具有相对设置的第一表面和第二表面,其特征在于,所述面板的第一表面设置有碳纳米管复合材料,该碳纳米管复合材料包括黑漆以及多个碳纳米管,该多个碳纳米管分散在黑漆中。
2.如权利要求1所述的面源黑体,其特征在于,所述多个碳纳米管的轴向基本垂直于所述面板的第一表面。
3.如权利要求1或2所述的面源黑体,其特征在于,所述碳纳米管复合材料的表面设置有多个微结构。
4.如权利要求3所述的面源黑体,其特征在于,所述多个微结构的形状为条形突起或点状突起。
5.如权利要求4所述的面源黑体,其特征在于,所述条形突起的横截面形状为三角形、梯形、方形;所述点状突起的横截面形状为三角形、梯形、方形。
6.如权利要求1所述的面源黑体,其特征在于,所述多个碳纳米管在所述碳纳米管复合材料中的含量为1%到50%。
7.如权利要求1所述的面源黑体,其特征在于,所述多个碳纳米管在所述碳纳米管复合材料中的含量为2%到10%。
8.如权利要求1所述的面源黑体,其特征在于,所述黑漆为Pyromark 1200黑漆或Nextel Velvet 811-21黑漆。
9.如权利要求1所述的面源黑体,其特征在于,所述面源黑体包括一加热元件,该加热元件包括一碳纳米管结构及间隔设置在该碳纳米管结构表面的第一电极和第二电极,所述碳纳米管结构设置在所述面板的第二表面。
10.如权利要求9所述的面源黑体,其特征在于,所述碳纳米管结构包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管,该碳纳米管结构中的多个碳纳米管从第一电极向第二电极的方向延伸。
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