沙漠背景下可见红外伪装微纳米粒子聚合物薄膜特性研究
发布时间：2021-08-27 14:12
随着科技实力的飞速发展,红外探测技术和红外精确制导武器技术已经取得了相当高的成就,严重威胁到了作战武器和作战计划的安全。为了降低武器被探测的概率,红外伪装技术和可见光伪装技术日益受到各个国家的重视。本文旨在设计一种微纳米粒子聚合物薄膜,使薄膜在可见光波段的反射率及大气窗口波段的红外发射率与沙漠背景下的反射率及发射率大小一致以实现沙漠背景下可见光波段和红外波段伪装的目的。本课题采用广义Mie理论求解吸收性介质中粒子系光谱特性,然后采用蒙特卡洛方法求解纳米粒子在薄膜的辐射传输过程,计算微/纳米粒子-吸收性介质薄膜的光谱辐射特性,并将薄膜在可见光波段的反射率及红外波段发射率与沙漠背景的反射率及发射率进行对比。研究不加基?的微纳米粒子聚合物薄膜结构,分别是Zn S、PEI、PS、PC、Si C、TiO2做薄膜,向薄膜中嵌入Cd S和BaTiO3粒子,制成两层薄膜结构,本文模拟了薄膜结构在0.36～20μm波段的光谱特性,探究了粒子粒径d、粒子体积分数fv、薄膜厚度h对于薄膜结构在可见光波段反射率和红外波段发射率的影响规律,最终得到了优化结构:Zn S...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
红外探测器工作原理图
第2章薄膜反射率和发射率的计算基础-7-第2章薄膜反射率和发射率的计算基础本章介绍了微纳米粒子聚合物薄膜可见光波段反射率和红外发射率的计算基矗本章的2.1节阐述了可见光与红外伪装的原理。本章的2.2节介绍了用于可见光与红外伪装的相关理论，采用广义Mie理论求解微纳米粒子系的光谱特性，然后采用蒙特卡洛法求解薄膜结构的辐射特性。2.1可见光与红外伪装原理2.1.1红外伪装的原理图2-1大气透射率[55]由于各个红外射线波长不同从而在穿过大气过程中衰减的程度也会不同，通常把衰减程度较低、透射率很高的波长区域称为“大气窗口”[4]。大气的红外窗口有三个波段：1-2.5μm、3-5μm和8-13μm。目前各国的红外探测器大多是在这三个波段内发挥作用。0.2-14μm透射率如图2-1所示。由斯蒂芬-波尔兹曼定律，物体表面在单位时间单位面积辐射出的总能量[56]：E=εEb=εσT4(2-1)式中，Eb为黑体的全波长辐射功率(W·m-2)；ε为物体的发射率；σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数；T为物体的绝对温度(K)。红外探测器所能探测的最远距离为以下公式[57]:1/21/21/21/200()[/2]*[1/()(/)]asnR=JτπDNAτωfVV(2-2)式中：J表示目标的辐射强度，表示大气透射率，NA表示光学系统的数值孔径，D0表示探测器的探测率，ω表示瞬时视场，Δf表示系统带宽，Vs表示信号电平，Vn表示噪声电平[47]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-红外伪装的主要目的是使得公式(2-2)中各项取值减小，即主要是改变目标表面的光谱辐射特性、降低目标的辐射强度。分析公式(2-1)得到，目标的辐射功率与物体的温度T和发射率ε都有关，为了实现目标的伪装目的，我们可以从这两方面着手，即使这两项内容都减校但是不同的情况下温度T和发射率ε对物体的辐射功率的影响权重是不一样的；高温情况下，温度是主要影响因素；低温情况下，发射率是主要因素[58]。本文旨在设计一种常温情况下能实现沙漠背景可见光与红外伪装的微纳米粒子聚合物薄膜。2.1.2可见光伪装的原理可见光波段伪装的目的是减小目标在可见光波段被敌方探测的几率，主要措施是降低目标与所处环境之间的亮度、色度和运动的差异以使敌方无法在背景中分辨出目标[5]。电磁波谱和可见光谱如图2-2所示，在可见光波段不同的波长会呈现不同的颜色。图2-2电磁波及可见光波长范围[59]图2-3可见光波段反射峰移动示意图[60]实现可见光伪装要求材料在可见光波段的反射峰连续移动，以使结构呈现出不同的颜色而可以适应不同的背景，如图2-3所示。
本文编号：3366499
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
红外探测器工作原理图
第2章薄膜反射率和发射率的计算基础-7-第2章薄膜反射率和发射率的计算基础本章介绍了微纳米粒子聚合物薄膜可见光波段反射率和红外发射率的计算基矗本章的2.1节阐述了可见光与红外伪装的原理。本章的2.2节介绍了用于可见光与红外伪装的相关理论，采用广义Mie理论求解微纳米粒子系的光谱特性，然后采用蒙特卡洛法求解薄膜结构的辐射特性。2.1可见光与红外伪装原理2.1.1红外伪装的原理图2-1大气透射率[55]由于各个红外射线波长不同从而在穿过大气过程中衰减的程度也会不同，通常把衰减程度较低、透射率很高的波长区域称为“大气窗口”[4]。大气的红外窗口有三个波段：1-2.5μm、3-5μm和8-13μm。目前各国的红外探测器大多是在这三个波段内发挥作用。0.2-14μm透射率如图2-1所示。由斯蒂芬-波尔兹曼定律，物体表面在单位时间单位面积辐射出的总能量[56]：E=εEb=εσT4(2-1)式中，Eb为黑体的全波长辐射功率(W·m-2)；ε为物体的发射率；σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数；T为物体的绝对温度(K)。红外探测器所能探测的最远距离为以下公式[57]:1/21/21/21/200()[/2]*[1/()(/)]asnR=JτπDNAτωfVV(2-2)式中：J表示目标的辐射强度，表示大气透射率，NA表示光学系统的数值孔径，D0表示探测器的探测率，ω表示瞬时视场，Δf表示系统带宽，Vs表示信号电平，Vn表示噪声电平[47]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-红外伪装的主要目的是使得公式(2-2)中各项取值减小，即主要是改变目标表面的光谱辐射特性、降低目标的辐射强度。分析公式(2-1)得到，目标的辐射功率与物体的温度T和发射率ε都有关，为了实现目标的伪装目的，我们可以从这两方面着手，即使这两项内容都减校但是不同的情况下温度T和发射率ε对物体的辐射功率的影响权重是不一样的；高温情况下，温度是主要影响因素；低温情况下，发射率是主要因素[58]。本文旨在设计一种常温情况下能实现沙漠背景可见光与红外伪装的微纳米粒子聚合物薄膜。2.1.2可见光伪装的原理可见光波段伪装的目的是减小目标在可见光波段被敌方探测的几率，主要措施是降低目标与所处环境之间的亮度、色度和运动的差异以使敌方无法在背景中分辨出目标[5]。电磁波谱和可见光谱如图2-2所示，在可见光波段不同的波长会呈现不同的颜色。图2-2电磁波及可见光波长范围[59]图2-3可见光波段反射峰移动示意图[60]实现可见光伪装要求材料在可见光波段的反射峰连续移动，以使结构呈现出不同的颜色而可以适应不同的背景，如图2-3所示。
本文编号：3366499
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