针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求, 将制备出的絮状颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子, 将其作为单元颗粒构建不同结构的生物颗粒, 并对生物颗粒结构进行参数化表征, 采用离散偶极子近似法(DDA)计算生物颗粒远红外波段平均消光效率因子。结果表明: 生物颗粒远红外波段平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率成正相关。在研究平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率关系的基础上, 构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型, 计算时间较DDA法缩短, 计算误差在10％以内。模型的构建将为生物消光材料发展以及形态控制提供理论基础。

人工制备的几种生物材料生产成本低、密度小、形态可控、安全环保, 在可见光和红外等波段具有较好的消光能力, 可作为一种新型消光材料, 弥补无机消光材料的不足。针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求, 将生物消光材料中的絮状生物颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子, 根据牛顿第二定律和梯度-输运理论, 建立生物消光材料沉降模型和扩散模型, 并讨论絮状生物颗粒结构和风速、大气稳定度对生物消光材料空气动力学特性的影响。结果表明: 分枝数目、长度、半径决定絮状生物颗粒结构; 在某种特定条件下, 絮状生物颗粒沉降速度较等体积球颗粒沉降速度降低了50％; 烟团遮蔽面积可达20 m2以上。模型的构建将为生物消光材料发展及实际应用提供理论基础。

为研究多态生物颗粒对目标探测等电磁设备的影响, 将制备出的絮状生物颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子, 构建不同分枝数目和分枝长度的生物颗粒, 采用离散偶极子近似法计算生物颗粒消光效率因子。结果表明: 生物颗粒结构对宽波段消光性能存在较大影响。远红外波段, 生物颗粒消光性能与分枝数目和分枝长度成正相关; 毫米波段, 生物颗粒消光性能与颗粒分枝长度成正相关, 与分枝数目关系很小。在研究消光效率因子与分枝数目和分枝长度关系的基础上, 构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型。模型的构建将为生物颗粒宽波段消光性能研究以及形态控制提供参考。

对制备的三种消光材料真菌An0429孢子, 真菌Bb0919孢子以及真菌Cx0507孢子的红外波段消光性能进行了测试分析。 静态测试采用压片法得到三种生物材料的镜面反射光谱, 然后根据Krames-Kronig(K-K)关系对三种生物材料红外波段的复折射率进行了计算。 由Mie理论计算得到三种生物材料红外波段的静态质量消光系数, 并与几种无机非金属材料进行了对比。 搭建烟幕箱实验平台, 对三种生物材料3~5 μm波段动态质量消光系数进行了测试分析, 得到三种消光材料的动态质量消光系数分别为1.257, 1.065以及1.009 m2·g-1。 测试分析结果表明, 三种生物材料的红外波段消光性能优于常见的无机材料, 其生产周期短, 生产成本低, 生产过程无毒, 对环境友好等优点, 使得生物消光材料具有较好的应用前景。

生物材料具有形态丰富、粒径分布广、培养周期短、质量密度低等特点, 研究其性能特点对发展新型消光材料具有重要意义。针对生物消光材料在实际应用中的扩散特性, 根据莱赫特曼扩散理论, 建立了生物消光材料扩散模型,然后对典型自然环境下的生物材料扩散进行了模拟仿真, 并定量讨论了风速、地面粗糙度等因素对生物材料扩散的影响。结果表明, 受风速以及地面粗糙度等原因的影响, 参考点高度的生物材料浓度的最大值不断减小, 其空间位置也随着时间的变化不断移动。风速越大, 地面粗糙度越高, 生物消光材料扩散速率越大。

黑曲霉孢子是生物气溶胶的重要组成部分，质量消光系数是研究黑曲霉孢子电磁衰减特性的重要参数。采用压片法测量了灭活前后黑曲霉孢子2.5~15 μm波段的反射光谱，并利用Krames-Kronig(K-K)关系计算了黑曲霉孢子红外波段的复折射率。基于Mie散射理论求出了灭活前后黑曲霉孢子红外波段的质量消光系数，并对结果进行了分析和讨论。分析结果表明：3~5 μm波段，灭活后平均质量消光系数降低了4.6%，8~14 μm波段，灭活后平均质量消光系数降低了89.5%，由此可知，保持活性对于提高黑曲霉孢子的电磁衰减能力具有重要的意义。

花粉是生物气溶胶重要的组成部分, 复折射率是研究花粉光学特性以及探测、识别生物气溶胶成分的重要参数。采用压片法对梨花粉2.5~15 μm波段的反射光谱进行了测量, 利用Krames-Kronig(K-K)关系计算了复折射率, 并就傅里叶红外光谱仪测试压片的入射角和复折射率长波长、短波长区外推两方面对结果作了误差分析。结果表明, 测试时18°入射角以及长波长、短波长区外推对梨花粉复折射率的计算结果影响不大, 利用反射光谱计算花粉复折射率的方法是可行的。计算得到的复折射率谱对梨花粉光学特性的研究以及生物气溶胶成分的探测、识别有一定的参考价值。