几种典型辐射调控材料在不同温度下光学常数的实验研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:x1u2e3
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在热辐射领域中,不同温度下辐射调控材料辐射特性的准确获取具有重大意义,其中材料温度依赖性光学常数数据的严重缺失,是制约其应用和发展的主要因素。以光谱椭偏法等为代表的实验测量是获取材料光学常数的最直接方法,然而椭偏测量需借助表面光滑的Fresnel公式,对样片的表面形貌具有较高要求。一方面要考虑修正样片表面的粗糙度给实验带来误差,另一方面对于其他形貌的微纳米辐射调控材料,则需要考虑其他合适的实验方法和反演模型。本课题首先在不同温度下使用椭偏法测量了多种高分子有机聚合物和热致变色材料稀土锰氧化物在中红外波段的光学常数,有机高分子聚合物具有良好的加工性和优秀的稳定性,是辐射调控中常见的基底材料,热致变色材料会随温度发生金属-绝缘体相变,其辐射特性会随温度发生巨大变化。之后本课题提出一种测量微纳米纤维结构光学常数的反演方法,它基于微纳米纤维结构截面吸收系数和散射分布函数的实验测量。本课题提出了一种通过泰勒多项式逼近多变量函数的反演方法,并且将此反演方法同电磁第一性原理相结合,研究了在椭偏测量中的实际粗糙表面的光学常数反演,并将此反演算法应用在一种矩形光栅上,证明了该反演算法具有稳健的收敛性。之后使用了椭偏法测量了聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)两种高分子有机聚合物在不同温度下(300~365K)在中红外波段(3~20μm)的光学常数,在所研究的波段具有多个吸收峰,与各自的不同化学键的振动有关。随着温度升高,PC和PMMA折射率变小,消光系数基本不变,且热光系数随波长的变化和各自折射率具有相反的色散关系。PC材料在350K左右发生玻璃化相变。随后本课题使用了固相反应法制作了稀土锰氧化物陶瓷材料(La0.8Sr0..2Mn O3),使用椭偏法测量了其在在不同温度下(283~373K)在中红外波段(4~20μm)的光学常数,发现随着温度升高,其绝缘体特性增强,金属特性减弱。在所研究的温度和波长范围内,折射率最大变化为20%左右,消光系数最大变化为50%左右,可见其辐射特性在该温度范围内变化巨大。最后本课题提出了基于Lorenz-Mie理论微纳米纤维结构光学常数的反演模型,通过测量纤维材料截面吸收系数或者散射分布强度的方法,直接反演获得纤维结构的光学常数。为解决光学常数的多值性,测量三个直径下的截面吸收系数或者三个散射角下的散射分布强度,可以准确获取正确的光学常数。获得了以上这些材料不同温度下的光学常数,可以大大增加辐射调控设计计算的精度。
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