可见-近红外光波段吸收器的制作方法

本发明涉及材料可见-近红外光波段吸收率测量领域，具体地，涉及一种可见-近红外光波段吸收器。

背景技术：

在材料可见-近红外光波段吸收率测量中，参考物在相应波段的吸收率接近100%的程度，决定了测得结果的准确度。为了提高400～1100nm可见-近红外光波段吸收率的测量准确度，需要设计出高吸收率的参考物。目前已有二维平面结构的参考物，但其吸收率较低。为此，目前急需设计出相比于二维平面结构的参考物具有更高的吸收率的作为参考物的可见-近红外光波段吸收器。而为设计出高吸收率的吸收器作为参考物，需要对吸收器的吸收率进行模拟，常用模拟吸收器的吸收率的方法主要为gouffe法和蒙特卡罗法。

技术实现要素：

鉴于以上所述，本发明目的在于提供一种提高了吸收率的作为参考物的可见-近红外光波段吸收器。

为此，本发明的可见-近红外光波段吸收器包括内部形成有腔体的主体，所述主体上还形成有连通所述腔体内与吸收器外部的开口，所述开口处设有用于控制所述开口的面积的光阑；在所述腔体的内表面以及所述光阑的靠近吸收器侧涂覆有可见-近红外光波段高吸收率的涂层。

本发明的可见-近红外光波段吸收器具有高吸收率，制备工艺简单，光学稳定性好的特点，在材料吸收测试的标准器方面具有重要的应用前景。

优选地，所述腔体形成为圆柱圆锥形腔，该腔体的与所述开口相通的一侧为圆柱形腔，在该圆柱形腔的远离所述开口的一端为直径逐渐减小的圆锥形腔。

优选地，所述腔体形成为球形腔。

优选地，所述腔体形成为内壁带有螺纹的圆柱形腔。

优选地，所述涂层为以漫反射为主的高吸收率材料。

优选地，所述高吸收率材料包括消光黑漆、航天黑漆、erb-3、铜纳米线或碳纳米阵列。

优选地，还包括设于所述主体外，且与所述主体的开口相对应的光源。

优选地，所述光源是平行光源。

附图说明

图1为本发明的可见-近红外光波段吸收器的第一实施形态的结构示意图；

图2为本发明的可见-近红外光波段吸收器的第二实施形态的结构示意图；

图3为本发明的可见-近红外光波段吸收器的第三实施形态的结构示意图；

图4为以消光黑漆为内部涂料的圆柱圆锥形腔吸收器及球形腔吸收器的吸收率图。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明的目的在于获取高吸收比的可作为参考物的可见-近红外光波段吸收器。首先，设计了一个吸收器模拟模型。在模拟模型中采用平行光源，使用光阑控制吸收器的开口面积，在吸收器的内壁和光阑靠近吸收器侧，添加可见-近红外光波段高吸收率的涂层。模拟腔体结构的吸收器在不同腔口尺寸下的吸收率。模拟的腔体结构分别为球形腔、圆柱圆锥形腔和内壁带有螺纹的圆柱形腔。图1至图3分别示出了本发明的可见-近红外光波段吸收器的第一至第三实施形态的结构示意图。

如图1所示，本实施形态中，可见-近红外光波段吸收器的腔体结构为圆柱圆锥形腔。具体地，本实施形态的可见-近红外光波段吸收器包括内部形成有腔体的主体，该主体大致为圆柱形，在该主体的轴向的一端形成有开口，另一端封闭。此外，该主体内形成的腔体为圆柱圆锥形腔，该腔体与上述开口相通的一侧为圆柱形腔，在该圆柱形腔的远离上述开口的一端为直径逐渐减小的圆锥形腔。

另外，在上述开口处还设有光阑，可通过光阑控制开口的面积。本实施形态中，该光阑可直接安装在开口上。具体地，对于固定尺寸的光阑，在中间有所需孔径的一个圆环片，边缘有数个下沉的螺丝固定前述开口上，表面平整。在上述主体外，与主体的开口相对应的位置处设有光源，该光源可以是平行光源，即射向开口时的光束是平行的且垂直于开口入射。且该光源与安装在腔体上的光阑紧密接触。

此外，还如图1所示，在该腔体的内表面涂覆有可见-近红外光波段高吸收率的涂层，该涂层的吸收率可>95.0%。具体地，在整个腔体的内表面均涂覆有该涂层。并且在光阑的靠近吸收器侧面也涂覆有上述涂层。

如图2所示，本实施形态中，可见-近红外光波段吸收器的腔体结构为球形腔。具体地，本实施形态的可见-近红外光波段吸收器包括内部形成有腔体的主体，该主体大致为圆柱形，在该主体的轴向的一端形成有开口，另一端封闭。此外，该主体内形成的腔体为球形腔，该腔体的一侧与上述开口相通。

与第一实施形态类似地，在上述开口处还设有光阑，可通过光阑控制开口的面积。在上述主体外，与主体的开口相对应的位置处设有光源，该光源可以是平行光源。此外，还如图2所示，在该腔体的内表面涂覆有可见-近红外光波段高吸收率的涂层。并且在光阑的靠近吸收器侧也涂覆有上述涂层。

如图3所示，本实施形态中，可见-近红外光波段吸收器的腔体结构为内壁带有螺纹的圆柱形腔。具体地，本实施形态的可见-近红外光波段吸收器包括内部形成有腔体的主体，该主体大致为圆柱形，在该主体的轴向的一端形成有开口，另一端封闭。此外，该主体内形成的腔体为内壁带有螺纹的圆柱形腔，该腔体的轴向的一端与上述开口相通。

与第一实施形态类似地，在上述开口处还设有光阑，可通过光阑控制开口的面积。在上述主体外，与主体的开口相对应的位置处设有光源，该光源可以是平行光源。此外，还如图3所示，在该腔体的内表面涂覆有可见-近红外光波段高吸收率的涂层。并且在光阑的靠近吸收器侧也涂覆有上述涂层。

由上可知，本发明为验证模拟结果，选择具有一定的抗拉强度（强度范围值>100mpa）、不透明且便于内部涂料涂覆的材料，制作上述内壁带有螺纹的圆柱形腔吸收器、球形腔吸收器、圆柱圆锥形腔吸收器和控制吸收器的开口面积的光阑。例如，可使用铝合金进行吸收器主体的制作。

吸收器内表面覆盖400~1100nm以漫反射为主的高吸收率材料，以获得高吸收率的吸收器，使其可用做块体材料（可以是固体材料，或者可压制成块状进行测量的粉体材料）、薄膜材料等吸收率测试中的参考物。在吸收器腔体的内表面覆盖的高吸收率材料例如可使用消光黑漆、航天黑漆、erb-3、铜纳米线、碳纳米阵列等，但不限于这几种材料。

通过对本发明的上述各实施形态的吸收器的吸收率进行测试，本发明如上构成的腔体结构的可见-近红外光波段吸收器在400~1100nm波段的吸收率可达到99.9%，因此本发明的可见-近红外光波段吸收器尤其适用于400～1100nm可见-近红外光波段。具体的测试方法可以使用pe1050带积分球附件测试，先使用经校准的标准板进行400~1100nm波长范围的基线校正，再对放置在测试位置的腔体进行反射率测量。由于腔体透过率为零，根据腔体反射率与腔体吸收率之和为1，可计算出腔体的吸收率。本发明可用于固体材料吸收率的测试领域。

与现有技术相比，本发明具有如下效果和优点：1、本发明相比于二维吸收器具有更高吸收率，这是因为除了材料本身对光线的吸收，腔体结构能够使光线在腔体内多次反射，使更多的光线被吸收，以获得更高的吸收率）。2、采用理论模拟（即可利用光学软件设计上述吸收器的模拟模型）和测试相结合的方法设计吸收器，更加高效和可信。3、本发明的吸收器结构简单，具有很强的实用性，且吸收性能稳定，具体而言二维吸收器在测试过程中会因接触仪器而造成磨损，使其吸收率降低。腔体结构使具有一定硬度的光阑与仪器接触，避免了内部涂层与仪器的接触而磨损，保证腔体结构吸收器吸收率的稳定性。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

对吸收器的开口（以下亦称为腔口）分别为φ10mm、φ15mm、和φ25mm光阑圆孔的直径φ80mm的球形腔吸收器的吸收率进行模拟。基于上述吸收器模拟模型，设置平行光源的功率为1w，面积与光阑开口相同，紧贴光阑。光阑安装吸收器开口处。输入直径φ80mm的球形腔吸收器。在吸收器的内壁和光阑靠近吸收器侧，添加可见-近红外光波段吸收率为97.0%的涂层。设置光线反射次数为2。模拟腔体结构的吸收器在不同腔口尺寸下的吸收率。模拟结果表明，无论腔口尺寸大小球形腔吸收器的吸收率均在99.9%以上。

基于模拟结果，使用铝合金材料制作φ80mm的球形腔吸收器，使用ф25mm光阑控制吸收器的开口面积。球形腔吸收器的内壁喷涂吸收率为97.0%的mankiewicz公司的811-21黑漆。使用perkinelmer公司的lambda1050+紫外可见近红外分光光度计对吸收器在400~1100nm波段的吸收率进行测量。在400~1100nm波段，球形腔吸收器的平均吸收率达到99.9%以上。

实施例2

对吸收器的开口（以下亦称为腔口）分别为φ10mm、φ15mm、和φ25mm光阑圆孔φ25.4mm×80mm（高度80mm不包括圆锥部分的高度，锥底角为120°）的圆柱圆锥形腔吸收器模拟。基于上述吸收器模拟模型，设置平行光源的功率为1w，面积与光阑开口相同，紧贴光阑。光阑安装吸收器开口处。输入φ25.4mm×80mm（高度80mm不包括圆锥部分的高度，锥底角为120°）的圆柱圆锥形腔吸收器。在吸收器的内壁和光阑靠近吸收器侧，添加可见-近红外光波段吸收率为97.0%的涂层。设置光线反射次数为2。模拟腔体结构的吸收器在不同腔口尺寸下的吸收率。模拟结果表明，无论腔口尺寸大小，圆柱圆锥形腔吸收器的吸收率均在99.9%以上。

基于模拟结果，使用铝合金材料制作φ25.4mm×80mm（高度80mm不包括圆锥部分的高度，锥底角为120°）的圆柱圆锥形腔吸收器，并使用ф25mm光阑控制吸收器的开口面积。圆柱圆锥形腔吸收器的内壁喷涂吸收率为97.0%的mankiewicz公司的811-21黑漆，本实施例中可使用perkinelmer公司的lambda1050+紫外可见近红外分光光度计对吸收器在400~1100nm波段的吸收率进行测量。在400~1100nm波段，圆柱圆锥形腔吸收器的平均吸收率达到99.9%以上。

实施例3

对吸收器的开口（以下亦称为腔口）分别为φ10mm、φ15mm、和φ25mm光阑圆孔的内壁带有螺纹φ45mm×10mm圆柱形腔吸收器的吸收率进行模拟。基于上述吸收器模拟模型，设置平行光源的功率为1w，面积与光阑开口相同，紧贴光阑。光阑安装吸收器开口处。输入内壁带有螺纹φ45mm×10mm圆柱形腔吸收器。在吸收器的内壁和光阑靠近吸收器侧，添加可见-近红外光波段吸收率为97.0%的涂层。设置光线反射次数为2。模拟腔体结构的吸收器在不同腔口尺寸下的吸收率。模拟结果表明，随着腔口直径由10mm增大到25mm，圆柱形腔吸收器的吸收率由99.5%下降98.7%。因此，在内壁涂料吸收率相同的情况下，圆柱圆锥形腔吸收器和球形腔吸收器吸收率更高。要获得高吸收率的圆柱形腔体吸收器，需采用更高吸收率的内壁涂料。

基于模拟结果，使用铝合金材料制作内壁带有螺纹φ45mm×10mm圆柱形腔吸收器，并使用ф25mm光阑控制吸收器的开口面积。内壁带有螺纹圆柱形腔吸收器内壁喷涂吸收率为98.5%的纳米铜。本实施例中可使用perkinelmer公司的lambda1050+紫外可见近红外分光光度计对吸收器在400~1100nm波段的吸收率进行测量。在400~1100nm波段，圆柱圆锥形腔吸收器的平均吸收率达到99.9%以上。在内壁涂料吸收相同的情况下，球形腔和圆柱圆锥形腔比圆柱形腔的吸收率更高，但体积更大。在内壁涂料吸收率较高，圆柱形腔吸收器的吸收率也可达到与球形腔和圆柱圆锥形腔比圆柱形腔相同的吸收率，且由于其体积较小，具有更好的实用性。

在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。