低發(fā)射比測量有了“新武器”

本刊記者 ■ 鵬飛

太陽能選擇性吸收涂層是太陽能熱利用行業(yè)中最核心的功能材料，表征其光學性能的關鍵指標主要是太陽吸收比α和熱發(fā)射比ε。太陽能熱利用企業(yè)為了推動技術進步，不斷研發(fā)性能更優(yōu)越的太陽能選擇性吸收涂層，追求更高的太陽吸收比α和更低的熱發(fā)射比ε，并做到涂層均勻、性能穩(wěn)定。因此，太陽能選擇性吸收涂層光學性能的準確測量是十分重要的技術。

對于太陽吸收比的測量方法，國家標準《GBT25968-2010分光光度計測量材料的太陽透射比和太陽吸收比試驗方法》已進行明確規(guī)定，但低熱發(fā)射比的測量不容易準確。目前常用的卡計法在我國始于20世紀70年代，此法不僅測量時間長，而且發(fā)射比越小，其測量準確度、重復性越差，有的企業(yè)抱怨，同一樣片多次測量誤差甚至高達50%以上。并且隨著表面溫度升高，發(fā)射比增大，在高溫條件下，比如400℃，其測量難度更大。因此，低發(fā)射比準確測量在中國乃至世界上都是一個重要的應用基礎研究課題。

如何使低發(fā)射比的測量更準確?只有采用先進的儀器、新的方法才有可能。2012年，在殷志強教授的引薦下，在日出東方太陽能股份有限公司董事長徐新建的支持下，日出東方太陽能股份有限公司出資過百萬元購置了產自美國Perkin Elmer公司的Lambda 950、傅里葉紅外光譜儀，以及該公司與別的公司聯合研制的激光準直鏡反射附件和漫反射金積分球附件，用于測量太陽吸收比和熱發(fā)射比。此儀器放置在清華大學，至今還是國內引進的第一臺最先進的測量低發(fā)射比儀器。

由于儀器對溫度與濕度，特別是低濕度要求高，實驗室增添了一些設施。經過一年多的安裝調試，使用傅里葉紅外光譜儀，以及精密附件與可追溯的有絕對反射值的金鏡數據(NPL-英國國家物理實驗室比對)，在鏡反射附件和金分球附件上分別測量與確定了鍍金樣品、銅銀合金薄膜樣品、純鋁薄膜樣品的法向紅外發(fā)射比。結果如表1所示。

表1 兩種方法、三種樣品80℃下的熱發(fā)射比

由以上結果可看出，使用該儀器與附件，獲得的結果準確度高、重復性好，可作為校正測定熱發(fā)射比用的參考標準。

2013年11月19日，在北京清華大學偉清樓召開了“紅外反射光譜法測量表面低發(fā)射比及其不確定度評定”評議會，包括李申生、黃田勻(北京大學物理系)、秦明華(清華大學物理系)、殷志強、羅振濤、謝光明、鄭瑞澄、楊麗、劉猛等與會專家聽取了日出東方太陽能股份有限公司與北京 清華陽光能源開發(fā)有限責任公司關于“紅外反射光譜法測量表面低發(fā)射比及其不確定度評定”報告，通過深入的討論，專家給出了以下主要評議：

1 獲得了鏡面基材與漫射基材用傅里葉紅外光譜儀與激光準直鏡反射附件和漫反射金積分球附件測量反射比以確定低發(fā)射比的方法，并對兩種方法獲得的結果進行了對比。材料的低發(fā)射比測量難度較大，本工作中采用的方法屬國內首次研發(fā)的結果。

2 給出了用傅里葉紅外光譜儀(含漫反射金積分球附件)及激光準直鏡反射附件反射比儀器兩種方法的測量不確定度，對測量結果的不確定度進行了評定。

3 采用傅里葉紅外光譜儀(含漫反射金積分球附件)及激光準直鏡反射附件，可通過鏡反射基材表面涂層與漫反射基材表面涂層的反射比測量數據的傳遞，完成漫反射基材表面涂層反射比的測量以及發(fā)射比的確定。

4 編制了可確定不同溫度下紅外發(fā)射比的軟件，溫度范圍為室溫到500℃。

5 向我國太陽能熱利用產業(yè)推薦該“紅外反射光譜法”作為測量涂層低發(fā)射比的參考標準方法。

6 在本項研究的基礎上，建議進行如下工作：與目前常規(guī)傳統熱發(fā)射比測試方法進行對比；同時制備更多樣品進行測試和比較；進一步在太陽能熱利用的中、高溫條件下研發(fā)與應用。

紅外反射光譜法測量表面低發(fā)射比的方法可謂我國太陽能熱利用行業(yè)在科研裝備與科技試驗方法方面邁出的可喜一步, 與會專家給予了高度評價，相信它對于推動我國太陽能熱利用產業(yè)技術進步有重要的作用和深遠的意義。