远红外辐射材料1

1、LOGO远红外辐射材料的研究及应用远红外辐射材料的研究及应用 西北大学西北大学 化学与材料科学学院化学与材料科学学院 09 09级基地班级基地班 李江李江LOGO 有关远红外辐射的概念及波长范围大家通过学习有关远红外辐射的概念及波长范围大家通过学习波谱波谱课程课程已经知道，这里不做详细介绍已经知道，这里不做详细介绍，今天主要从，今天主要从以下三点和大家一起学习，希望大家听后有所启发！以下三点和大家一起学习，希望大家听后有所启发！远红外辐射基础理论远红外辐射基础理论1远红外辐射器的原理及基本构造远红外辐射器的原理及基本构造2远红外辐射材料的组成远红外辐射材料的组成及及应用应用3LOGO基尔霍夫定

2、律基尔霍夫定律远红外线热辐射特性的基本定律远红外线热辐射特性的基本定律 1.1. 红外技术的基础理红外技术的基础理论论LOGO 在给定温度下，对于给在给定温度下，对于给定波长，所有物体的比辐定波长，所有物体的比辐射率与吸收率的比值相同射率与吸收率的比值相同，且等于该温度和波长下，且等于该温度和波长下理想黑体的比辐射率。理想黑体的比辐射率。基尔霍基尔霍夫夫 G.R. G.R. Gustav Robert Gustav Robert Kirchhoff (1824Kirchhoff (18241887)1887)基尔霍夫定律基尔霍夫定律LOGO斯蒂芬斯蒂芬-玻耳兹曼玻耳兹曼 一个黑体（能够完全吸收

3、照射到它上面一个黑体（能够完全吸收照射到它上面的各种波长的电磁波的物体叫做绝对黑体，的各种波长的电磁波的物体叫做绝对黑体，简称黑体）表面单位面积在单位时间内辐射简称黑体）表面单位面积在单位时间内辐射出的各种波长电磁波的总能量出的各种波长电磁波的总能量Mo(T)与黑体与黑体本身的热力学温度（又称绝对温度）的四本身的热力学温度（又称绝对温度）的四次方成正比次方成正比 即：即：Mo(T)=T4式中式中=5.67051e-8 Wm-2称为斯忒潘常数称为斯忒潘常数斯蒂芬斯蒂芬-玻耳兹曼玻耳兹曼定律定律LOGO 该定律是该定律是物理学上描述黑体电磁辐射能流物理学上描述黑体电磁辐射能流密度的峰值波长与自身温

4、度之间反比关系的密度的峰值波长与自身温度之间反比关系的定律，其数学表示为：定律，其数学表示为：maxmax为辐射的峰值波长（单为辐射的峰值波长（单位位米）米）；T T为黑体的绝对温度（单位开尔文）为黑体的绝对温度（单位开尔文）；b b为比例常数，称为维恩位移常数，数值为比例常数，称为维恩位移常数，数值等于等于2.897 7685(51) 2.897 7685(51) 103 m K 103 m K 维恩位移定律维恩位移定律维恩右图右图几个不同温度下的黑体辐射的电磁波谱（横轴为辐射几个不同温度下的黑体辐射的电磁波谱（横轴为辐射的波长，纵轴为相应的能量密度）。维恩位移定律描述的的波长，纵轴为相应的

5、能量密度）。维恩位移定律描述的就是辐射峰值随黑体温度变化的关系就是辐射峰值随黑体温度变化的关系。LOGO 它给出辐射场能量密度它给出辐射场能量密度w(vw(v，T)T)按频率按频率的分布，式中的分布，式中T T是热力学温度是热力学温度,k,k是玻耳兹曼是玻耳兹曼常数。如图表示辐射场能量密常数。如图表示辐射场能量密度度随波长变随波长变化的曲线，它同实验结果完全一致。化的曲线，它同实验结果完全一致。 普朗克公式普朗克公式M.M.普朗克普朗克LOGO2.远红外辐射器的构造原理远红外辐射器的构造原理 远红外辐射器件及装置远红外辐射器件及装置, 基本上都是在基体金属基本上都是在基体金属(或合金或合金,

6、或或熔融石英管熔融石英管)上涂覆选定辐射波长等特性的远红外辐射物质上涂覆选定辐射波长等特性的远红外辐射物质(材料材料),加热使其辐射出所要求强度的远红外线以供利用。加热使其辐射出所要求强度的远红外线以供利用。其构造种类不其构造种类不一，按现有制品分类：一，按现有制品分类： 1.管状发热器管状发热器BO 型远红外辐射器型远红外辐射器 2.灯状发热器灯状发热器LP型远红外辐射器型远红外辐射器 3.板状发热器板状发热器FT型远红外辐射器型远红外辐射器 下面以管状发热器下面以管状发热器BO 型远红外辐射器这种辐射型远红外辐射器这种辐射器为例说明。器为例说明。LOGO管状发热器BO 型远红外辐射器 在金

7、属管等管体表面在金属管等管体表面, , 以最适当的以最适当的粒径及粒子分布粒径及粒子分布, , 用适当的量喷涂用适当的量喷涂( (或或烧结上烧结上) )选定的远红外辐射材料选定的远红外辐射材料, , 在金在金属壳的中心部分放进金属电阻发热体属壳的中心部分放进金属电阻发热体, , 其与管体间填充了其与管体间填充了MgO MgO 等绝缘物质等绝缘物质, , 电电阻发热体阻发热体(Ni (Ni 一一C :C :合金线等合金线等,) ,) 通电通电, , 产生的热经过产生的热经过M g O M g O 传给金属管壁使金传给金属管壁使金属表面的远红外辐射材料加热属表面的远红外辐射材料加热, , 使其辐使

8、其辐射出供利用的远红外线。射出供利用的远红外线。LOGO3.远红外辐射材料的组成及应用 截止目前截止目前, 由实验室扩大到生产实际应用中的远红由实验室扩大到生产实际应用中的远红外辐射材料外辐射材料, 有如半导体氧化钛或属于元素周期表第二、有如半导体氧化钛或属于元素周期表第二、第三周期元素的至少一种以上的氧化物和属于第四、第三周期元素的至少一种以上的氧化物和属于第四、第五周期至少一种以上的氧化物的混合物，也有以锆第五周期至少一种以上的氧化物的混合物，也有以锆石为主体并有石为主体并有Fe、Co、Ni、Cr、Mn等氧化物加以有等氧化物加以有粘度物质组成之混合物。这些混合物粒度一般使用粘度物质组成之混

9、合物。这些混合物粒度一般使用30m-2mm的微粉末、粒子的微粉末、粒子(或添加枯合剂而造粒的粒或添加枯合剂而造粒的粒子更好子更好) , 通过烧结通过烧结(或用等离子熔射或用等离子熔射, 火焰熔射等进行火焰熔射等进行熔接熔接) 。也有用耐热粘接剂枯接再在其上涂覆远红外辐。也有用耐热粘接剂枯接再在其上涂覆远红外辐射材料。这些远红外辐射材料通过烧结射材料。这些远红外辐射材料通过烧结(烧结要在其磁烧结要在其磁化温度以下进行化温度以下进行).烧结温度范围在烧结温度范围在1200-1450烧结工烧结工艺可以在烧结陶瓷的普通气氛中进行。艺可以在烧结陶瓷的普通气氛中进行。LOGO 表表1列出了在加热时能辐射出

10、列出了在加热时能辐射出3 -50m波长波长的远红外线的陶瓷材料是指金属碳化物、金属氮的远红外线的陶瓷材料是指金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物和金属氧化物等无机化合物的化物、金属硼化物和金属氧化物等无机化合物的一种或两种以上的混合物一种或两种以上的混合物, 熔融物或固溶熔融物或固溶体，体，其其加热温度范围在加热温度范围在200-1500之间。之间。LOGO远红外辐射材料的应用远红外辐射材料的应用 1.1.远红外线在加热与干燥技术中的应用远红外线在加热与干燥技术中的应用 利用远红外辐射器发出的远红外线为被加热物体吸收利用远红外辐射器发出的远红外线为被加热物体吸收, , 直接转变直接转变成热而达到

11、加热干燥的目的。它特别适用于各种有机物、高分子物质成热而达到加热干燥的目的。它特别适用于各种有机物、高分子物质及含有水分的各砷物质的加热和干燥。诸如各种树脂、油漆、枯接剂及含有水分的各砷物质的加热和干燥。诸如各种树脂、油漆、枯接剂涂膜的烘烤涂膜的烘烤, , 粮食、蔬菜、食品、纤维制品、塑料制品、胶合板、纸粮食、蔬菜、食品、纤维制品、塑料制品、胶合板、纸张、印刷、油墨粉末制品、金属加工、车辆涂饰、玻璃、橡皮等加热张、印刷、油墨粉末制品、金属加工、车辆涂饰、玻璃、橡皮等加热干燥、硬化和热加工等。干燥、硬化和热加工等。 以以食品工业食品工业为例：茶、紫菜、尤鱼、蘑菇干菜、各种水产品和各为例：茶、紫菜

12、、尤鱼、蘑菇干菜、各种水产品和各类挂面的脱水干燥类挂面的脱水干燥; ;烤面包、饼干、食品的保温加热、加工烤面包、饼干、食品的保温加热、加工; ;罐头食品罐头食品灭菌以及食品包装的热源。灭菌以及食品包装的热源。LOGO远红外辐射材料的应用远红外辐射材料的应用 对鱼类辐射远红外线对鱼类辐射远红外线, 不不仅照射到鱼类的肉表面仅照射到鱼类的肉表面, 而且而且还深透到其内部。这种处理不还深透到其内部。这种处理不但可均匀地使其加热干燥但可均匀地使其加热干燥, 而而且远红外线还能使鱼类肉中的且远红外线还能使鱼类肉中的磷酸酶的活性降低磷酸酶的活性降低,以使鱼肉以使鱼肉内肌贰酸的生成量增大内肌贰酸的生成量增大

13、, 起到起到鱼类的滋味加浓与保鲜的作用。鱼类的滋味加浓与保鲜的作用。LOGO远红外辐射材料的应用远红外辐射材料的应用2.远红外辐射材料在医疗上的应用远红外辐射材料在医疗上的应用 人体人体皮肤在受到远红外辐射刺激之后皮肤在受到远红外辐射刺激之后, 皮肤上的神经皮肤上的神经就能把此种刺激向上传导到大脑就能把此种刺激向上传导到大脑, 脑神经就会立即产生反脑神经就会立即产生反应应，最终导致植物性神经和内分泌腺活动的活跃。植物性最终导致植物性神经和内分泌腺活动的活跃。植物性神经的活跃神经的活跃, 必然引起内脏活动加强必然引起内脏活动加强, 血管扩张血管扩张, 血流加快。血流加快。如此一来如此一来, 身体

14、的机能就大为振奋身体的机能就大为振奋, 身体抵抗力也大大加强。身体抵抗力也大大加强。内分泌的许多功用之中内分泌的许多功用之中,有的是加强人体防御力量的有的是加强人体防御力量的, 有的有的是使人体更适应环境的是使人体更适应环境的, 有的则具有动员人体力量的作用有的则具有动员人体力量的作用, 因此因此, 使某些疾病得了改善或治疗。远红外线能使被照射使某些疾病得了改善或治疗。远红外线能使被照射部位发生充血、组织松软、镇痛部位发生充血、组织松软、镇痛, 有消炎增强人体抵抗力有消炎增强人体抵抗力的作用。也可用于急性或慢性损伤、发炎、疼痛等症的作用。也可用于急性或慢性损伤、发炎、疼痛等症, 对对于风湿性疾

15、病和关节炎有疗效。实践也证明于风湿性疾病和关节炎有疗效。实践也证明, 远红外辐射远红外辐射治疗和保健设备对人体治疗和保健设备对人体无任何副作用无任何副作用。LOGO各式各样的远红外治疗仪各式各样的远红外治疗仪LOGO远红外辐射材料的应用远红外辐射材料的应用3.远红外线消除金属焊件局部应力远红外线消除金属焊件局部应力 在石油化学工业中的各种反应塔、罐在石油化学工业中的各种反应塔、罐.压力容器压力容器.大型电力变压器油箱大型电力变压器油箱,大口径钢管大口径钢管以及其它工业中钢板焊接过程中以及其它工业中钢板焊接过程中.消除局部消除局部应力是必不可少的重要程序。否则在高温高应力是必不可少的重要程序。否

16、则在高温高压下使用时压下使用时.焊接处的内部应力容易发生局焊接处的内部应力容易发生局部裂伤部裂伤, 从而可能引发事故造成损失。消除从而可能引发事故造成损失。消除应力需要给予一定的热量应力需要给予一定的热量, 对加热器的设备对加热器的设备要求是不论钢板厚度尺寸如何都能均匀地加要求是不论钢板厚度尺寸如何都能均匀地加热热,并且能重复所需加热程序并且能重复所需加热程序, 施工简便。实施工简便。实践证明远红外加热器钩成的立力消除装置具践证明远红外加热器钩成的立力消除装置具备这种条件备这种条件, 而且处理效果好而且处理效果好, 已有实用。已有实用。LOGO远红外辐射材料的应用远红外辐射材料的应用4.远红外辐射育种和处理农作物种子远红外辐射育种和处理农作物种子 远红外辐射育种是辐射育种中的一个手段远红外辐射育种是辐射育种中的一个手段, 通过远红外辐通过远红外辐射处理作物来射处理作物来诱发突变诱发突变, 从中选育出优良变异个体从中选育出优良变异个体, 通过一系通过一系列育种程序列育种程序, 培育出新品种。远红外射线也可以改变微生物细培育出新品种。远红外射线也可以改变微生物细菌的遗传特性菌的遗传特性, 培养有用的优良菌种。