[发明专利]一种泡沫陶瓷材料的制备方法、泡沫陶瓷材料及其应用

说明书

本发明涉及光学吸收技术领域，提供了一种泡沫陶瓷材料的制备方法、所制得的泡沫陶瓷材料及其应用。本发明所提供的制备方法包括泡沫预处理、浆料配置、挂浆、烧结等步骤。本发明利用聚氨酯泡沫作为骨架，烧结出高反射率且孔隙率可调的泡沫陶瓷材料，能够实现以很小的体积显著增加等效光程的作用，进而实现对其浸润的气氛进行精确测量。将本发明的泡沫陶瓷材料用于制备吸收光谱分析仪器中的光学吸收池，以较低的生产成本，即可达到显著增加激光光程、并且增强激光信号透过率的技术效果，从而实现较佳的测量性能。

【技术领域】

本发明涉及光学吸收技术领域，具体涉及一种泡沫陶瓷材料的制备方法、泡沫陶瓷材料 及其应用。

【背景技术】

基于吸收光谱技术的工业化气体分析和监测技术已得到广泛的发展和应用。其中，较为 典型的为半导体激光吸收光谱分析技术(TDLAS，Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy)，主要利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对 分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS技术中，为了实现低浓度气 体的测量，获得较强的吸收曲线，从Beer-Lambert定律直接来看，增加吸收可以采用的方式 有两种：一种是选用吸收强的谱线，另一种就是加长光程。其中最直接的方法就是增加吸收 池的等效光程。

现有技术中，传统的TDLAS气室主要有诸如White气室、Herriott气室和Chernin气室 等，在一定体积下可以将光程增加到几百米。此类气室随着光程增加的需要，必须增大吸收 池的体积和重量，同时也让吸收池价格更昂贵。因此，业内开始对新型的传输介质进行研究 开发。

新型的传输介质主要是指采用具有高反射率的介质进行光传输，以达到增加光程的效果。 空芯光子带隙光纤(HC-PBFs)已被用于气体探测。然而HC-PBFs作为气室进行气体测量时， 气体是以扩散的方式进入光纤，由于空隙较小，扩散速度比较慢，所以系统的响应时间都比 较长，且无法实现较有效的改善。

Somesfalean等采用一种粉末压实的紧密型多孔介质作为测量媒介，由于多孔介质的特 性，会导致光程加长，吸收加强；F.Venturini等研究了ZrO₂和Al₂O₃陶瓷多孔介质中的氧气 吸收情况，发现6mm的ZrO₂多孔介质可以使光程加长1000倍。然而采用此类介质将直接 导致光信号的透过率极低，对配套采用的探测器的性能要求相当高，从而大幅度增加了检测 成本。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种泡沫陶瓷材料的制备方法、泡沫陶瓷材料及在吸收光谱分析 技术中的应用，以实现反射率高、孔隙率可调的微型气室，在很小的体积内显著增加等效光 程，进而对其浸润的气氛进行精确测量。

为了解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种泡沫陶瓷材料的制备方法，包括 如下步骤：(1)泡沫预处理：将聚氨酯泡沫浸入氢氧化钠溶液中进行水解处理，反复揉搓并 用清水冲洗干净后，放入表面活性剂溶液中浸泡，取出挤压除去多余的表面活性剂溶液，清 水洗净，干燥，即得改性聚氨酯泡沫；(2)浆料配置：取分散剂溶于溶剂中，加入流变剂、 粘结剂和烧结助剂，混合均匀；然后加入陶瓷基料，超声振荡使其分散均匀，即得浆料；(3) 挂浆：将所述改性聚氨酯泡沫置于所述浆料中，浸渍完全后干燥；(4)烧结：将挂浆后的聚 氨酯泡沫在马弗炉内烧结，即制得所述微孔泡沫陶瓷材料。

相对于现有技术而言，本发明的实施方式利用聚氨酯泡沫作为骨架，烧结出高反射率且 孔隙率可调的微型气室，能够实现以很小的体积增加光程，进而实现对其浸润的气氛进行测 量。光程增加的大小主要与微孔陶瓷厚度、材料孔隙率以及陶瓷种类有关，可视具体情况要 求选择特定孔隙的海绵来控制气室的具体形貌。