低发射比测量有了“新武器”

本刊记者 ■ 鹏飞

太阳能选择性吸收涂层是太阳能热利用行业中最核心的功能材料，表征其光学性能的关键指标主要是太阳吸收比α和热发射比ε。太阳能热利用企业为了推动技术进步，不断研发性能更优越的太阳能选择性吸收涂层，追求更高的太阳吸收比α和更低的热发射比ε，并做到涂层均匀、性能稳定。因此，太阳能选择性吸收涂层光学性能的准确测量是十分重要的技术。

对于太阳吸收比的测量方法，国家标准《GBT25968-2010分光光度计测量材料的太阳透射比和太阳吸收比试验方法》已进行明确规定，但低热发射比的测量不容易准确。目前常用的卡计法在我国始于20世纪70年代，此法不仅测量时间长，而且发射比越小，其测量准确度、重复性越差，有的企业抱怨，同一样片多次测量误差甚至高达50%以上。并且随着表面温度升高，发射比增大，在高温条件下，比如400℃，其测量难度更大。因此，低发射比准确测量在中国乃至世界上都是一个重要的应用基础研究课题。

如何使低发射比的测量更准确?只有采用先进的仪器、新的方法才有可能。2012年，在殷志强教授的引荐下，在日出东方太阳能股份有限公司董事长徐新建的支持下，日出东方太阳能股份有限公司出资过百万元购置了产自美国Perkin Elmer公司的Lambda 950、傅里叶红外光谱仪，以及该公司与别的公司联合研制的激光准直镜反射附件和漫反射金积分球附件，用于测量太阳吸收比和热发射比。此仪器放置在清华大学，至今还是国内引进的第一台最先进的测量低发射比仪器。

由于仪器对温度与湿度，特别是低湿度要求高，实验室增添了一些设施。经过一年多的安装调试，使用傅里叶红外光谱仪，以及精密附件与可追溯的有绝对反射值的金镜数据(NPL-英国国家物理实验室比对)，在镜反射附件和金分球附件上分别测量与确定了镀金样品、铜银合金薄膜样品、纯铝薄膜样品的法向红外发射比。结果如表1所示。

表1 两种方法、三种样品80℃下的热发射比

由以上结果可看出，使用该仪器与附件，获得的结果准确度高、重复性好，可作为校正测定热发射比用的参考标准。

2013年11月19日，在北京清华大学伟清楼召开了“红外反射光谱法测量表面低发射比及其不确定度评定”评议会，包括李申生、黄田匀(北京大学物理系)、秦明华(清华大学物理系)、殷志强、罗振涛、谢光明、郑瑞澄、杨丽、刘猛等与会专家听取了日出东方太阳能股份有限公司与北京 清华阳光能源开发有限责任公司关于“红外反射光谱法测量表面低发射比及其不确定度评定”报告，通过深入的讨论，专家给出了以下主要评议：

1 获得了镜面基材与漫射基材用傅里叶红外光谱仪与激光准直镜反射附件和漫反射金积分球附件测量反射比以确定低发射比的方法，并对两种方法获得的结果进行了对比。材料的低发射比测量难度较大，本工作中采用的方法属国内首次研发的结果。

2 给出了用傅里叶红外光谱仪(含漫反射金积分球附件)及激光准直镜反射附件反射比仪器两种方法的测量不确定度，对测量结果的不确定度进行了评定。

3 采用傅里叶红外光谱仪(含漫反射金积分球附件)及激光准直镜反射附件，可通过镜反射基材表面涂层与漫反射基材表面涂层的反射比测量数据的传递，完成漫反射基材表面涂层反射比的测量以及发射比的确定。

4 编制了可确定不同温度下红外发射比的软件，温度范围为室温到500℃。

5 向我国太阳能热利用产业推荐该“红外反射光谱法”作为测量涂层低发射比的参考标准方法。

6 在本项研究的基础上，建议进行如下工作：与目前常规传统热发射比测试方法进行对比；同时制备更多样品进行测试和比较；进一步在太阳能热利用的中、高温条件下研发与应用。

红外反射光谱法测量表面低发射比的方法可谓我国太阳能热利用行业在科研装备与科技试验方法方面迈出的可喜一步, 与会专家给予了高度评价，相信它对于推动我国太阳能热利用产业技术进步有重要的作用和深远的意义。