[发明专利]含新型相函数的气凝胶复合材料全辐射性质同步测量方法

说明书

本发明提出了含新型相函数的气凝胶复合材料全辐射性质同步测量方法。首先提出了准确描述具有多尺度特征的纳米气凝胶复合材料散射分布特征的新型散射相函数模型。以此为基础，基于辐射传递方程的求解获得纳米气凝胶复合材料半球光谱透射及反射率以及光谱双向反射、透射分布函数数据光学性能理论预测结果，结合实验测量的光学性能数据，采用模拟退火优化方法对其中涉及的光谱消光系数、光谱散射反照率、光谱散射相函数等全辐射性质参数群进行全局优化本发明解决了现有纳米气凝胶复合材料散射相函数缺乏或者不准确导致反演测量的辐射性质实验数据误差大的问题。

技术领域

本发明涉及基于含新型相函数的气凝胶复合材料全辐射性质同步测量方法，属于半透明多孔材料光学及热物性测量技术领域。

背景技术

气凝胶纳米复合材料具有超低密度、超低热导率、耐高温等显著优势，广泛应用于航天器的热防护、太阳能发电、建筑、化工等相关工业领域。这种纳米复合材料属于非灰体、半透明多孔介质，其辐射传输行为具有明显的吸收、发射、各向异性散射特征，为了对该种材料的辐射传输过程提供一个完整的描述，涉及的辐射性质一般包括消光系数、散射反照率和散射相函数等参数，而且这些辐射参量具有方向依赖性及光谱依赖性，其变化规律更随所处的环境温度而变化。在常规的纳米气凝胶复合材料辐射性质的确定方法中，一般分为理论建模法及反演实验测量法。

就理论建模法而言，近年来所发展起来的蒙特卡罗法、多球T矩阵法、广义多粒子Mie理论(GMM)方案、离散偶极近似法(DDA)等都能较好地预测气凝胶复合材料的辐射性能，尽管这些理论都能较好地预测气凝胶材料的辐射性能，而针对这种多尺度、多组分气凝胶复合材料在辐射性质理论建模方面还存在一些技术问题。为了准确模拟纳米气凝胶基体中的辐射散射行为，基于单散射的Mie散射或Rayleigh散射理论还需要进一步考虑气凝胶纳米粒子中可能带来的依赖性散射及多重散射现象，特别是在短波区域。在近红外范围内，用于多组元气凝胶复合材料辐射性质理论预报的基础物性数据，如纤维、遮光剂和气凝胶颗粒的复折射指数对杂质、缺陷和晶体性质都非常敏感，使得新材料的辐射性能难以预测。

为了克服辐射特性纯理论预测方面存在的问题，最常用的半透明多孔材料辐射性质实验方法是从光学测量和辐射传递方程(RTE)或其近似的理论解中反推出感兴趣的辐射特性。以往关于气凝胶复合材料辐射特性的实验研究通常大多局限于介质的消光系数本身，或假设材料各向同性散射实验测量了气凝胶复合材料的吸收和散射系数两个参数。众所周知，介质散射相函数的分布形态对纳米气凝胶复合材料的辐射传输行为具有重要影响，目前还严重缺乏能够正确描述新型气凝胶纳米复合材料在给定波长下能量散射空间分布状态的散射相函数以及包括该散射相函数在内的新型跨尺度增强气凝胶复合材料全辐射参数群的实验测定技术。

要获取纳米气凝胶复合材料工程应用中急需的多种热性能参数，现有测试技术需要针对每一种热物性进行单独测量，每一物性的测试均需对应昂贵的测试设备、特殊的制样要求、复杂的测试原理、引入一定的测试误差和繁琐的数据处理等环节，要获得相应的材料热物性数据不仅资金、人力投入量大、耗时耗能多，且测试效率低、误差大、周期长。基础热物性的缺乏以及传统热性质表征技术的局限性极大的制约了新型纳米复合隔热材料的开发、原有纳米隔热材料的性能优化以及具有苛刻热服役要求的材料工程应用。

发明内容

本发明为解决现有纳米气凝胶复合材料散射相函数缺乏或者不准确导致反演测量的辐射性质实验数据误差大，同时散射相函数及其他辐射性质直接实验测试过程中存在的资金、人力投入量大、耗时耗能多、测试效率低、实验周期长等问题，提出了含新型相函数的气凝胶复合材料全辐射性质同步测量方法。

含新型相函数的气凝胶复合材料全辐射性质同步测量方法，所述同步测量方法包括以下步骤：

S100、取4mm见方、1-2mm厚的纳米气凝胶复合材料均匀薄试样作为光学性能实验测量样品，采用千分尺对试样的厚度进行至少五次的测量，取平均值作为试样的厚度L；