TWI709493B - 面源黑體 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種面源黑體，該面源黑體包括一面板，該面板具有相對設置的第一表面和第二表面，所述面板的第一表面設置有奈米碳管複合材料，該奈米碳管複合材料包括黑漆以及複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管分散在黑漆中。
Description
本發明涉及一種黑體輻射源，尤其涉及一種面源黑體。
隨著紅外遙感技術的快速發展，紅外遙感被廣泛應用於軍事領域和地球勘探、天氣預報、環境監測等民用領域。然而所有的紅外探測儀器都需要經過黑體標定後方可使用，黑體作為標準輻射源，其作用日益突出，黑體的發射率越高，其標定紅外探測儀器的精度越高。黑體包括腔式黑體和面源黑體兩種。其中，面源黑體的有效發射率主要取決於面源黑體的面型結構和表面材料的發射率。因此，選擇高發射率的表面材料，對獲得高性能的面源黑體具有重要的意義。
有鑑於此，確有必要提供一種具有較高發射率的面源黑體。
面源黑體，該面源黑體包括一面板，該面板具有相對設置的第一表面和第二表面，所述面板的第一表面設置有奈米碳管複合材料，該奈米碳管複合材料包括黑漆以及複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管分散在黑漆中。
與先前技術相比，在本發明提供的面源黑體中，奈米碳管是目前世界上最黑的材料，奈米碳管的發射率高達99.6%，遠遠大於目前面源黑體表面材料(如Nextel Velvet 81-21黑漆的發射率為96%)的發射率，所以包括奈米碳管和黑漆的奈米碳管複合材料的發射率也高於目前面源黑體表面材料的發射率；當奈米碳管在所述黑漆中保持直立的狀態時，相鄰的奈米碳管近乎平行形成有空隙，當光線入射至該黑體輻射腔時，光線在空隙中被相鄰的奈米碳管來回反射，出射的光線大大減少，所以奈米碳管複合材料的發射率得到進一步提高；奈米碳管可由高溫條件下碳源氣化納米管具有優異的力學性能，利學氣相沉積
製備，原材料價廉易得；碳用奈米碳管材料製備面源黑體將會增加面源黑體的穩定性，使得星載黑體在惡劣的環境下不易損壞。
10，20，30，40:面源黑體
11，21，31，41:面板
12，22，32，42:奈米碳管複合材料
110，210，310，410:第一表面
111，211，311，411:第二表面
121，221，321，421:奈米碳管
120，220，320，420:黑漆
圖1為本發明實施例一提供的面源黑體的剖面結構的示意圖。
圖2為本發明實施例二提供的面源黑體的剖面結構的示意圖。
圖3為本發明實施例三提供的面源黑體的剖面結構的示意圖。
圖4為本發明實施例四提供的面源黑體的剖面結構的示意圖。
以下將結合附圖及具體實施例詳細說明本發明的面源黑體。
本發明提供一種面源黑體，該面源黑體包括一面板，所述面板具有相對設置的第一表面和第二表面，所述第一表面設置有奈米碳管複合材料。所述奈米碳管複合材料包括黑漆以及複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管均勻分散在所述黑漆中。所述黑漆選用高發射率的黑漆，如Pyromark 1200黑漆(發射率為0.92)、Nextel Velvet 811-21黑漆(發射率為0.95)等。所述複數個奈米碳管在奈米碳管複合材料中的含量為1%到50%，所述複數個奈米碳管在所述奈米碳管複合材料中的含量為2%到10%較好。優選地，所述奈米碳管在所述黑漆中保持直立的狀態，且奈米碳管的軸向基本垂直於所述面板的第一表面更優。
所述面板由耐高溫、並具有較高發射率的材料製成，具體地，所述面板可以由硬鋁材料、鋁合金材料或無氧銅製成。
所述奈米碳管複合材料為一個平整的結構，其表面粗糙度較大，也就是說，所述奈米碳管複合材料的表面比較粗糙。
當奈米碳管在所述黑漆中保持直立的狀態時，相鄰的奈米碳管近乎平行形成有空隙，當光線入射至該面源黑體時，光線在空隙中被相鄰的奈米碳管來回反射，出射的光線大大減少，所以奈米碳管複合材料的發射率得到進一步提高。
進一步地，該黑體輻射源還包括一加熱元件，該加熱元件可以為先前技術的加熱元件，也可以是利用奈米碳管結構的加熱元件。
請參閱圖1，本發明實施例一提供一種面源黑體10，該面源黑體10包括一面板11，該面板11具有相對設置的第一表面110和第二表面111，該第一表面110設置有奈米碳管複合材料12。所述奈米碳管複合材料12包括黑漆120及複數個奈米碳管121，該複數個奈米碳管121均勻分散在所述黑漆120中，且在所述黑漆120中無規則排列。所述黑漆120採用Pyromark 1200黑漆，所述奈米碳管121在奈米碳管複合材料12中的含量為2%。
所述面源黑體10中的面板材料為鋁合金材料，該面板11為一個平板狀結構。
所述奈米碳管複合材料12為一個表面平整的結構，其表面粗糙度較大，也就是說，所述奈米碳管複合材料12的表面比較粗糙。
所述加熱元件採用奈米碳管結構的加熱元件。該奈米碳管結構的加熱元件包括一奈米碳管結構及間隔設置在該奈米碳管結構表面的第一電極和第二電極，其中，所述奈米碳管結構設置在所述面源黑體的第二表面，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線，所述奈米碳管結構包括複數個首尾相連且擇優取向排列的奈米碳管，該奈米碳管結構中的複數個奈米碳管從第一電極向第二電極的方向延伸。
通過第一電極和第二電極給所述奈米碳管結構通電，奈米碳管結構可以對面源黑體進行整體加熱，使得所述面源黑體的溫場均勻分佈，可以提高面源黑體的溫度穩定性和均勻性；由於奈米碳管密度小、重量輕，採用奈米碳管結構為加熱元件，可使面源黑體具有更輕的重量，使用方便；所述奈米碳管結構具有較低的電阻，且奈米碳管的電熱轉換效率高，熱阻率低，採用奈米碳管結構加熱黑體輻射腔具有升溫迅速、熱滯後小、熱交換速度快的特點；奈米碳管具有較好的韌性，採用奈米碳管結構為加熱元件的面源黑體具有較長的使用壽命。
本發明實施例一還提供一種所述面源黑體的製備方法，其具體包括以下步驟：S11，提供一面板，該面板具有相對設置的第一表面和第二表面；S12，提供一奈米碳管漿料，該奈米碳管漿料包括黑漆以及複數個奈米碳管；
S13，在所述面板的第一表面塗覆所述奈米碳管漿料，並烘乾該奈米碳管漿料，形成奈米碳管複合材料。
步驟S11中，所述面板為一平板狀結構，其材料為鋁合金材料。所述面板具有相對設置的第一表面和第二表面。
步驟S12中，所述奈米碳管漿料包括黑漆和複數個奈米碳管，該黑漆選用Pyromark 1200黑漆(發射率為0.92)。所述奈米碳管在奈米碳管漿料中的含量為2%。
步驟S13中，將所述奈米碳管漿料塗覆在所述面板的第一表面，並烘乾該奈米碳管漿料，形成奈米碳管複合材料。形成的奈米碳管複合材料中，奈米碳管均勻地分散在所述黑漆中。
更進一步，將所述加熱元件設置在所述面板的第二表面，可以即時實現對所述面板的加熱。
請參閱圖2，本發明實施例二提供一種面源黑體20，該面源黑體20的結構與實施例一的面源黑體10的結構基本相同，包括一面板21，該面板21具有相對設置的第一表面210和第二表面211，該第一表面210設置有奈米碳管複合材料22。所述奈米碳管複合材料22包括Pyromark 1200黑漆220及複數個奈米碳管221，所述奈米碳管221在奈米碳管複合材料22中的含量為3%。所述奈米碳管221在所述Pyromark 1200黑漆中保持直立的狀態，且奈米碳管221的軸向基本垂直於所述面板21的第一表面210。
當然，如果欲使奈米碳管複合材料中的奈米碳管直立起來，可以通過以下兩種方式來實現。
第一種方式，將特定膠帶粘於CNT複合材料的表面，在特定溫度下加熱所述膠帶，CNT複合材料中的奈米碳管被所述特定膠帶粘住，然後在所述特定溫度下揭去膠帶，將CNT複合材料中的奈米碳管拉起，使奈米碳管直立且基本垂直於所述面板的第一表面。
第二種方式，首先，將液體膠傾倒於所述CNT複合材料的表面，並使液體膠在所述CNT複合材料的表面流平；其次，固化所述液體膠，固化的方法依據液體膠本身的性質而定；最後，去除CNT複合材料表面的固化後的液體膠，以使CNT複合材料中的奈米碳管豎立，去除所述固化後的液體膠的方法
可以為直接揭去所述固化後的液體膠或用鑷子或其他工具將所述固化後的液體膠揭去。
請參閱圖3，本發明實施例三提供一種面源黑體30，該面源黑體30包括一面板31，該面板31具有相對設置的第一表面310和第二表面311，該第一表面310設置有奈米碳管複合材料32。所述奈米碳管複合材料32包括黑漆320及複數個奈米碳管321，該複數個奈米碳管321均勻分散在所述黑漆320中，所述奈米碳管複合材料32的表面設置有複數個微結構，該微結構為條形突起或點狀突起，該條形突起的橫截面形狀為三角形、梯形、方形等，所述點狀突起的橫截面形狀為三角形、梯形、方形等。在本實施例中，所述微結構為複數個點狀突起，該點狀突起為三棱錐。所述黑漆320選用高發射率的Nextel Velvet 811-21黑漆(發射率為0.95)。所述奈米碳管321在奈米碳管複合材料中的含量為5%。
所述面板31為平板狀結構，由鋁合金材料製成。
進一步地，該面源黑體30還包括一加熱元件，該加熱元件採用實施例一中的奈米碳管結構的加熱元件。
本發明實施例三提供的面源黑體30中，奈米碳管複合材料232表面形成有複數個微結構，相當於增加了所述面板31的表面積，進一步增大了所述面源黑體30的發射率。
本發明實施例三還提供一種所述面源黑體的製備方法，其具體包括以下步驟：
S21，提供一面板，該面板具有相對設置的第一表面和第二表面；
S22，提供一奈米碳管漿料，該奈米碳管漿料包括黑漆以及複數個奈米碳管；
S23，在所述面板的第一表面塗覆所述奈米碳管漿料，並烘乾該奈米碳管漿料，形成奈米碳管複合材料。
S24，在所述奈米碳管複合材料的表面形成複數個微結構。
步驟S21中，所述面板為一平板狀結構，其材料為鋁合金材料。所述面板具有相對設置的第一表面和第二表面。
步驟S22中，所述奈米碳管漿料包括黑漆以及複數個奈米碳管，該黑漆選用Nextel Velvet 811-21黑漆(發射率為0.95)。所述奈米碳管在奈米碳管漿料中的含量為5%。
步驟S23中，將所述奈米碳管漿料塗覆在所述黑體輻射腔的內表面，並烘乾該奈米碳管漿料，形成奈米碳管複合材料，在該奈米碳管複合材料中，奈米碳管均勻地分散在所述黑漆中。
步驟S24中，採用雷射照射法使奈米碳管複合材料的表面形成複數個微結構，具體的，雷射光束斑直徑、功率以及掃描速度根據複數個微結構的形狀和尺寸決定。在本實施例中，提供一雷射光束的照射路徑可由電腦程式控制的雷射器，利用該雷射器照射奈米碳管複合材料的表面，在奈米碳管複合材料的表面形成複數個三棱錐。
更進一步，將所述加熱元件設置在所述面板的第二表面，可以即時實現對所述面源黑體的加熱。
本發明實施例二還進一步提供一種所述面源黑體的製備方法，其具體包括以下步驟：
S31，提供一面板，該面板具有相對設置的第一表面和第二表面，該面板的第一表面形成有複數個微結構。
S32，提供一奈米碳管漿料，該奈米碳管漿料包括黑漆以及奈米碳管。
S33，在所述面板的第一表面塗覆所述奈米碳管漿料，並烘乾該奈米碳管漿料，形成奈米碳管複合材料。
步驟S31與步驟S21基本相同，不同之處在於面板的第一表面形成有複數個微結構，微結構為三棱錐，相鄰的三棱錐之間底端連接處形成非平凹形的錐槽。
步驟S32與步驟S22相同，在此不再詳述。
步驟S33中，在所述面板的第一表面塗覆所述奈米碳管漿料，確保各個三棱錐的表面均塗覆有漿料，但奈米碳管漿料還沒有完全覆蓋所述三棱錐，還保持有三棱錐的形狀。然後烘乾該奈米碳管漿料，在各個三棱錐的表面形成一層奈米碳管複合材料。也就是說，奈米碳管複合材料的表面形成有複數個三棱錐。
不限於此，所述複數個微結構也可以為複數個條形突起或點狀突起，該條形突起的橫截面形狀為三角形、梯形、方形等，所述點狀突起的橫截面形狀為三角形、梯形、方形等。
請參閱圖4，本發明實施例四提供一種面源黑體40，該面源黑體40包括一面板41，該面板41具有相對設置的第一表面410和第二表面411，該第一表面410設置有奈米碳管複合材料42。所述奈米碳管複合材料42包括高發射率的Nextel Velvet 811-21黑漆420(發射率為0.95)及複數個奈米碳管421，所述奈米碳管複合材料42的表面設置有複數個微結構，該微結構為複數個點狀突起，該點狀突起為三棱錐。所述奈米碳管421在奈米碳管複合材料中的含量為4%。所述奈米碳管421在所述Nextel Velvet 811-21黑漆中保持直立的狀態，且奈米碳管421的軸向基本垂直於所述面板41的第二表面411更優。
本發明實施例四提供的面源黑體40中，奈米碳管複合材料42的表面形成有複數個微結構，相當於增加了所述面板41的表面積，進一步增大了所述面源黑體40的發射率。
當然，如果欲使奈米碳管複合材料中的奈米碳管直立起來，可以通過實施例一中的兩種方式來實現。
本發明提供的面源黑體，具有以下優點：其一，奈米碳管是目前世界上最黑的材料，奈米碳管的發射率高達99.6%，遠遠大於目前面源黑體表面材料(如Nextel Velvet 81-21黑漆的發射率為96%)的發射率，所以包括奈米碳管和黑漆的奈米碳管複合材料的發射率也高於目前面源黑體表面材料的發射率；其二，當奈米碳管在所述黑漆中保持直立的狀態時，相鄰的奈米碳管近乎平行形成有空隙，當光線入射至該黑體輻射腔時，光線在空隙中被相鄰的奈米碳管來回反射，出射的光線大大減少，所以奈米碳管複合材料的發射率得到進一步提高；其四，奈米碳管可由高溫條件下碳源氣化納米管具有優異的力學性能，利學氣相沉積製備，原材料價廉易得；其五，碳用奈米碳管材料製備面源黑體將會增加面源黑體的穩定性，使得星載黑體在惡劣的環境下不易損壞。而且，所述面源黑體的製備方法簡單、易行。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專
利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10:面源黑體
11:面板
12:奈米碳管複合材料
110:第一表面
111:第二表面
121:奈米碳管
120:黑漆
Claims (9)
- 一種面源黑體，該面源黑體包括一面板，該面板具有相對設置的第一表面和第二表面，其中，所述面板的第一表面設置有奈米碳管複合材料，該奈米碳管複合材料包括黑漆以及複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管分散在黑漆中，所述複數個奈米碳管的軸向基本垂直於所述面板的第一表面。
- 如請求項第1項所述的面源黑體，其中，所述奈米碳管複合材料的表面設置有複數個微結構。
- 如請求項第2項所述的面源黑體，其中，所述複數個微結構的形狀為條形突起或點狀突起。
- 如請求項第3項所述的面源黑體，其中，所述條形突起的橫截面形狀為三角形、梯形、方形；所述點狀突起的橫截面形狀為三角形、梯形、方形。
- 如請求項第1項所述的面源黑體，其中，所述複數個奈米碳管在所述奈米碳管複合材料中的含量為1%到50%。
- 如請求項第1項所述的面源黑體，其中，所述複數個奈米碳管在所述奈米碳管複合材料中的含量為2%到10%。
- 如請求項第1項所述的面源黑體，其中，所述黑漆為Pyromark 1200黑漆或Nextel Velvet 811-21黑漆。
- 如請求項第1項所述的面源黑體，其中，所述面源黑體包括一加熱元件，該加熱元件包括一奈米碳管結構及間隔設置在該奈米碳管結構表面的第一電極和第二電極，所述奈米碳管結構設置在所述面板的第二表面。
- 如請求項第8項所述的面源黑體，其中，所述奈米碳管結構包括複數個首尾相連且擇優取向排列的奈米碳管，該奈米碳管結構中的複數個奈米碳管從第一電極向第二電極的方向延伸。
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