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摘要：材料的发射率又叫辐射率或黑度系数，是表达材料表面辐射本领的物理量，是一项非常重要的热物性参数。这种发射率不是物体的本身的参数，不仅与物质组有关，还与物体的表面的粗糙程度有关，是一种受很多因素影响的多元函数。基于此，下文对材料发射率进行了具体论述，并且深入分析了几种材料发射率检测方法。
关键词：材料；发射率；检测方法
前言：随着国防技术、材料技术以及能源技术的高数发展，对于发射材料发射率的检测提出了更高的要求。表面发射率的具体研究工作早在18世纪就有人提出不同的物质具有不同的接受和散发热量的能力。特别是从上世纪50年代开始，在多项科学技术的推动下，包括材料科学、空间技术、核能以及计算机技术等，材料发射率检测方法的研究也不断取得了显著成果。
1.材料发射率检测方法
1.1量热法
量热法根据热流状态可分为稳态量热法和瞬态量热法，是以一个包含被测样品以及周围相关物品的热交换系统，根据传热理论系统有关材料发射率的传热方程，测量样品某些点的温度值，确定系统的热交换状态为基本原理，从而求出发射率的一种检测方法。
1.1.1稳态量热法
在材料研究领域，早在1941年，一位相关研究专家提出了一种简便的稳态量热法，即灯丝加热法，这种方法能够测量全长波长半球发射率，使测量过程比较简便，以至于近些年来，仍然有人采用这种方法测量材料的发射率。使用稳态量热法，在装置精密且经过细致的调试后的基础上，检测精度可达到2%左右。这种方法的测量适用范围比较广泛，适用于最低零下58摄氏度以及最高1000摄氏度的材料测量工作中，缺点在于只能用于测试全波长半球的发射率，而不能检测光谱或者定向发射率，样品的制作也相对于比较繁琐，检测环节耗用的时间比较长。但在实际的材料检测环节中，往往由于装置简单、测试使用温度范围比较宽、精确程度较高，而被广泛应用于材料检测中。
1.1.2瞬态量热法
量热法的另外一种方法瞬态量热法是采用激光、电流等瞬态加热技术，使检测样本的温度迅速升高，根据检测样本的温度、加热功率等测量参数，结合辅助设备的支持，测量出材料发射率的方法。这种方法最早被使用于上世纪60年代，用于测量各种温度范围内的不同材料的全波长半球发射率。在上世纪70年代以后，随着微型计算机技术得到了高速发展，瞬态量技术也得到了很大程度的提升。
瞬态量热法使用设备比较简单，测量速度相对于比较快，温度上限最高可以达到4000摄氏度，能够测量多种参数，测量精度也比较高，但是只能用于测量导体材料，这是稳态量热法一个技术上的遗憾[1]。
1.2反射法
反射率法的基本原理是对于透明的检测样本，反射率与吸收率的和为一，将已知强度的辐射量投射到透射率为零的被测面上，依据能量守恒定律以及基尔霍夫定律，通过反射计得出反射能量，进而得到样本的反射率，再折换成材料的发射率。常见的几种反射率法有热腔反射、积分球反射计、镜面反射计以及测角反射计等。
1.2.1热腔反射计
热腔反射计要在1962年就被建立起来，这种方法的精确程度取决于检测样本的温度，要求样本的温度必须很大程度的低于热腔壁的温度，因此这种方法不适用于温度较高的样本检测。
但是热腔反射计能够测出检测样本的光谱以及方向的发射率，又有样品制备简便，设备相对于比较简单，测试周期短等优点，被普遍应用于材料检测工作。
1.2.2积分球反射计
积分球反射计的主体是漫射内表面积分球，这种积分球具有超高的反射率，将被测样本放置于积分球的球心处，入射光从积分球的开口处投射到检测样本的表面，再反射到积分球内壁上，通过第一次反射均匀的分布在积分球的表面上，最后探测器从另一孔接受辐射能，再以已知的反射率的样本代替被测样本，不断重复此过程，得到准确的反射率。这种方法能够覆盖非常宽的温度区间，温度上限能够高达5000摄氏度，检测精度在3%-5%之间[2]。
1.2.3激光偏振法
激光偏振法只能用于测量光滑材料表面的发射率，在90年代，美国科学研究院的博士提出，利用激光偏振法能够测量棒状样品的发射率，通过高速激光偏振仪测量棒状样品的半球光谱反射率，进而得出材料的发射率。经过科学家们不断的研究实验表明，这种测量方法的精度优于5%，测量时间只有0.3秒，但是只能测量光滑表面的材料的发射率。
1.3能量法
能量法分为独立黑体法和红外傅里叶光谱法，其基本原理是直接测量样品的辐射功率，根据普朗克定律或斯蒂芬玻尔兹曼定律以及发射率的定义计算出检测样品表面的发射率。随着目前的经济发展比较快，对于辐射的绝对量要求的标注比较高，而目前辐射的绝对量很难达到比较高的精确度，因此普遍采用能量比较法检测材料反射率，即使用同一探测器检测同一温度下绝对黑体以及样本的辐射功率，通过计算两者之比得到材料的发射率值。
1.3.1独立黑体法250
独立黑体法中的黑体与检测样本之间是相互独立的，辐射能量探测器对他们的辐射量分别进行测量。这种方法是通过采用标准黑体炉作为参考辐射源，选择使用无光谱选择性的温差电堆或热释电等器件，测量全波长发射率；选择使用光子探测器并配备特定的单色滤光片，测量材料的光谱发射率。这种检测方法的能够精确地制作出标准辐射源，并且精确地计算出材料的发射率。另外这种方法存在一定的缺点，测量时的等温条件无法保证，特别难以保证不良反射导热材料的等温条件。
1.3.2红外傅里叶光谱法
进入90年代以来，随着红外傅里叶光谱仪的发展和广泛应用，很多研究人员都建立了材料光谱发射率测量系统和检测发射率的装置。红外傅里叶光谱仪主要由迈克尔逊干涉仪和计算机组成，其工作原理是光源发出的光经迈克尔逊干涉，再把照射样本后的各种频率光信号经干涉作用调制为干涉图函数，由计算机进行傅里叶变换，一次性得到样品在宽波长范围内的光谱信息。由此可见，红外傅里叶光谱仪在测量红外发射方面是个功能强大的仪器。近些年来，越来越多的国家对傅里叶红外光谱仪发射率检测工作进行深入的研究，其中最具有代表性的是由美国人研制的半椭圆反射镜反射计系统，为材料发射率检测做出了重大突破。
结论：材料发射率的相关研究已经经过了漫长的发展路程，在期间遇到过一些问题，比如经费有限、技术不够先进，阻碍了这项研究的发展。但在最近几年，随着航天、军事、国民经济事业各项领域飞速发展，材料的发射率测量的研究工作逐渐走入正轨，并且正在加快研究的步伐，相信材料研究领域一定会越来越好，我国的研究领域也一定能够取得更大的成果。
参考文献：
[1]王镇,周海洋,罗蛟.反射隔热涂层半球发射率的影响因素[J].上海涂料,2021,59(02):14-16.
[2]刘梦,艾青,王帅,夏新林.基于辐射加热源的材料高温发射率测量方法[J].工程热物理学报,2021,42(03):740-744.