1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 研究生院，四川 绵阳 621999
3 先进激光与高功率微波全国重点实验室，四川 绵阳 621900
针对当前空间碎片数量急剧增长问题，探究基于强电磁辐照的主动清除手段的可行性，以多层隔热结构作为典型危险空间碎片模型，重点关注其电磁响应敏感的金属镀层部分，通过构建复杂多环境因素物理场，在S波段强电磁辐照和真空环境下进行了验证实验。实验结果表明，在10−3 Pa量级的真空环境下，强电磁脉冲与多层隔热结构金属镀层发生相互作用，引发放电现象并产生等离子体，同时伴随着宏观动力学特性的改变。通过观察和分析，我们探讨研究了可能的物理过程，包括强场击穿导致材料点放电、面闪络引起材料网状放电和镀层损伤、粒子吸收微波能量导致材料变形以及等离子体烧蚀引起材料损毁等。该研究为利用强电磁脉冲辐照主动移除危险空间碎片提供了重要的技术支持。
电磁辐照 空间碎片 隔热材料 放电损伤 electromagnetic irradiation space debris heat insulation material discharge damage 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043028
二氧化硅气凝胶以其低密度、高孔隙率等特性在高温隔热领域显示出广阔的应用前景, 但其脆性和高成本的超临界干燥方式限制了其应用。本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体, 通过溶胶凝胶、常压干燥制备了具有高柔性的海绵状有机硅气凝胶, 并研究了前驱体摩尔比对气凝胶微观结构和压缩回弹性能的影响, 以及气凝胶分别在高温有氧和无氧环境中的无机化转变过程。结果表明, 随着前驱体中VTMS/VMDMS比例增加, 气凝胶颗粒变小且堆积更紧密, 其压缩回弹性能也随之降低; 在800 ℃空气氛围中, 气凝胶通过侧基的氧化和主链Si-O-Si的断裂、重排转化为无机SiO2; 在800 ℃ N2氛围中, 气凝胶通过裂解反应转化为无机SiO2和游离碳的混合体, 1000~1400 ℃进一步处理后SiO2和游离碳经碳热还原反应生成SiO4、SiCO3、SiC2O2和SiC3O等无定形的Si-O-C结构和少量β-SiC纳米线; 经1200 ℃碳热还原反应生成的Si-O-C结构具有最优的耐高温氧化性能, 可为制备耐高温氧化Si-O-C气凝胶提供参考。
有机硅气凝胶 柔性 隔热 高温氧化 高温裂解 silicone aerogel flexibility heat insulation high-temperature oxidation pyrolysis
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
为了满足低温光学系统低背景、低功耗和红外探测器制冷组件高环境适应性的要求，提出了探测器制冷组件杜瓦主体（窗口、窗口帽和引线盘） 200 K低温保持，与制冷机膨胀机或脉管散热面柔性绝热连接的设计思想。针对低温光学用杜瓦柔性外壳工程应用中的特点，文中以某低温光学用长波12.5 μm 2 000元红外探测器杜瓦组件以例，提出了波纹管作为绝热连接的柔性外壳，重点阐述杜瓦柔性波纹管隔热、力学和相关漏热的设计，并开展不同热负载条件下波纹管热特性验证，可实现最小温度梯度为37.22 K，绝热热阻为1142 K/W，误差在37%。为综合评价低温光学用柔性外壳结构杜瓦组件的性能，对某低温光学用长波12.5 μm 2 000元探测器柔性外壳杜瓦组件开展热真空和鉴定级的力学试验考核验证，试验结果表明实现了200 K低温窗口，探测器60 K工作，杜瓦漏热为544 mW，低温工况工作时相对于常温工况制冷机的功耗下降了53%，并通过了4 g的随机力学考核，验证了低温光学用杜瓦柔性波纹管外壳模型合理可行，对于后续低温光学用杜瓦柔性外壳结构工程应用提供了重要参考。
波纹管 杜瓦 低温光学 低温隔热 热特性 bellows Dewar cryogenic optics heat insulation thermal properties 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220180
1 先进功能高分子复合材料北京市重点实验室(北京化工大学), 北京 100029
2 北京华腾新材料股份有限公司, 北京 100084
通过溶剂热法制备氯氧化铋(BiOCl)粒子, 研究BiOCl粒子对近红外光的反射作用, 将其应用于薄膜中制备成阻隔太阳光光热的复合薄膜。 通过X射线衍射(XRD)和电子能谱(EDS)表征BiOCl的晶相结构和化学组成, 采用扫描电子显微镜(SEM)观察其微观形貌。 用紫外-可见光-近红外分光光度计分析BiOCl粒子在波长范围220~2 500 nm内的吸收和漫反射光谱。 最后将BiOCl分散在聚乙烯醇(PVA)溶液中, 采用涂覆工艺制备成BiOCl/PVA复合薄膜, 研究BiOCl含量对薄膜隔热性能的影响。 结果表明, 在本实验中制备的BiOCl为尺寸均一的微球结构, 外径为3~5 μm； 由大量纳米片交织构成, 形成开放的通道。 禁带宽为3.69 eV, 大于计算值2.62 eV, 表明BiOCl粒子表面的光生载流子浓度发生了变化, 使吸收边发生蓝移。 BiOCl在可见光区(300~750 nm)平均反射率为67.3%, 在近红外区(750~2 500 nm)平均反射率达到了99.8%以上。 随着添加BiOCl含量的增加, PVA薄膜的隔热性能持续提高, 当BiOCl添加量为1.5%时, 使隔热箱内部的温度下降了4.5 ℃。 由于近红外光的入射频率高于复合膜中BiOCl粒子本身的振动频率, 引起了其振动粒子的高反射, 对分布于近红外区的能量起到了很好的阻隔反射作用, 降低了隔热箱内部的温度。
氯氧化铋(BiOCl) 近红外反射 隔热薄膜 Bismuth oxychloride (BiOCl) Near infrared reflective Heat-insulation film 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1708
1 中国空气动力研究与发展中心 设备设计及测试技术研究所, 四川 绵阳 621000
2 中国空气动力研究与发展中心 低速所, 四川 绵阳 621000
金属材料由于传热快, 温度在短时间内容易达到热平衡。因此, 用红外热像仪测量金属模型转捩难度大。在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)Φ3.2 m低速风洞中, 采用在金属模型表面喷涂隔热涂料的方法, 用红外热像仪测量旋翼翼型的温度分布, 通过温度跃变判断转捩位置。一般情况下, 红外热像仪放置在试验段某个位置固定不动。模型改变攻角时, 需要转动模型支撑机构, 这样会造成红外图像中的模型位置发生改变, 不利于比较不同攻角下的转捩位置。为解决该问题, 在模型转动平台上设计了红外热像仪固定装置, 实现了红外热像仪与模型的同步转动, 解决了模型不同攻角状态下模型外形成像的差异问题。红外图像与实物坐标对应更为准确, 获得的模型转捩位置更为精准。
金属模型 红外成像 转捩 隔热涂料 同步转动 metal model infrared imaging transition heat insulation coating synchronous circumrotation 红外与激光工程
2016, 45(6): 0604004
1 红外与低温等离子体安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
3 电子工程学院 红外所，安徽 合肥 230037
针对空间目标红外特性研究中，忽略多层隔热材料的影响或将其传热过程等效于绝热稳态过程的不足，考虑多层隔热材料中的实际传热方式，分别建立了卫星表面多层隔热材料中辐射换热、间隔层固体导热和残留气体导热的温度计算模型；根据模型计算分析了卫星表面多层隔热材料中不同传热方式对自身表面温度及3~6 μm和6~16 μm两个波段红外辐射特性的影响；结果显示多层隔热材料中不同传热方式对卫星长波红外辐射特性的影响大于中波红外辐射特性，文中对于提高空间目标红外辐射特性的计算精度具有参考价值。
多层隔热材料 地球卫星 温度场 红外特性 multilayer heat insulation material earth satellite temperature field infrared feature
1 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
2 北京理工大学, 北京 100081
为了适应激光器的迅速发展，需要改进现有激光测量技术，设计能够满足功率密度1000 W/cm2、时长10 s激光辐照的新型激光防护面板，金属铝板表面采用等离子喷涂的方法制备了氧化锆(ZrO2)热障涂层作为激光防护面板。利用不同波长的激光光源开展了涂层表面反射特性的实验研究，测量了涂层表面反射率及漫反射特性。利用数值模拟计算了激光辐照下铝面板ZrO2涂层的热响应。最后，利用光纤激光器开展了热障涂层防护面板激光辐照实验，验证了带有热障涂层的防护面板较未加涂层的防护面板具有一定的隔热效果，为激光测量技术的发展提供了技术储备。
材料 热障涂层 激光防护 反射特性 隔热性能 中国激光
2014, 41(s1): s106005
材料液固结构演变与加工教育部重点实验室(山东大学), 济南 250061
采用大气等离子喷涂(APS)技术在铝基体表面制备氧化锆(ZrO2-20%Y2O3，质量分数)热障涂层，并用脉冲激光对其进行重熔处理，研究了激光重熔对涂层组织形貌、物相转变和隔热性能的影响。研究结果表明激光的比能量对涂层的成型及性能有重要影响，过高的比能量会使涂层表面粗糙度增加，涂层成型变差。在选用合适的低比能量激光重熔条件下，扫描电镜观察结果表明经激光重熔可消除喷涂态涂层的孔隙和层状结构。对粉末和重熔前后的涂层进行了X射线衍射分析，结果表明喷涂及重熔过程中都没有发生相变; 隔热试验结果表明重熔后涂层的隔热温度有所下降。
激光重熔 等离子喷涂 氧化锆 比能量 隔热性能 laser remelting plasma spraying zirconia specific energy heat insulation performance 强激光与粒子束
2014, 26(7): 079001
海军工程大学动力工程学院， 湖北 武汉 430033
舰船热力管道的保温层受潮后会影响管道的保温效果，并会腐蚀管道。建立了保温层受潮模型，采用有限体积法计算了蒸汽管道保温层受潮后的温度场分布以及外表面的温度、传热损失随保温层受潮厚度变化的趋势。结果表明，选定保温材料后，当受潮厚度达到20 mm时温度就会超标。对于相同厚度的受潮区域，离外表面越近，外表面的温度就越高。结果揭示了做好保温层外表面防护的重要性，并为红外热成像诊断提供了依据。
保温层 热力管道 有限体积法 红外热诊断 heat insulation layer heat pipe finite volume method infrared thermal diagnosis
齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161006
在借助光刻等微电子工艺手段的基础上，通过控制交替变换的阳极氧化电流成功地制备出了阵列化的多孔硅一维光子晶体，然后在其表面沉积了一层500nm Si3N4用于改善其表面粗糙度，使该结构更好地应用于热释电红外传感器之中。通过傅里叶红外反射谱(FTIR)测试证明该样品有较好的光学反射性能，探索了将这种阵列化的多孔硅一维光子晶体应用于制备高性能红外热释电传感器衬底的可行性。
一维光子晶体 阵列化 隔热衬底 one dimension photonic crystal array FTIR FTIR heat insulation substrate
