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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划红外,吸收,材料红外光学材料1,进口CVD硒化锌(ZnSe)红外光学材料CVD硒化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高，环境适应能力强，易于加工等特点。它的光传输损耗小，具有很好的透光性能。是高功率CO2激光光学元件的首选材料。由于该红外材料的折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料。同时，该材料还广泛用于医学和工业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜。CVDZINCSELENIDETransmissionWavelengthinMicromet
2、ers(t=8mm)光学性质：折射率n随波长的变化理化性质：激光损伤阈值：2，进口CVD硫化锌红外光学材料CVD硫化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高，不溶于水，密度适中，易于加工等特点，广泛应用于红外窗口，整流罩和红外光学元件的制作。和硒化锌一样，硫化锌也是一种折射率均匀性和一致性好的材料，在8000nm1XXnm波段具有很好的图像传输性能，该材料在中红外波段也有较高的透过率，但随着波长变短，吸收和散射增强。与硒化锌相比，硫化锌的价格低，硬度高，断裂强度是硒化锌的两倍，抗恶劣环境的能力强，非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。透过率曲线：CVDZINCSULFIDETransmis
3、sion(CVD硫化锌)WavelengthinMicrometer(t=6mm)CLEARTRANTransmissionWavelengthinMicrometers(t=)理化性质：光学性质：第三节材料的红外光学性能一、红外线的基本知识红外线同可见光一样在本质上都是电磁波，它的波长范围很宽，按波长又可分为三个光谱区：近红外，中红外，远红外。红外线同样具有波粒二象性，遵守波的反射定律和折射定律，在一定的条件下也会发生干涉和衍射效应。红外线与可见光不同之处是人的肉眼看不见红外线，且在大气层中对红外波段存在一系列吸收很低的透明波段，如1，等波段，大气层的透过率在80以上；812mm，大气层的透
4、过率为6070。这些特点使得红外线在军事、工程技术和生物医学上得到许多应用。二、红外材料的性能红外材料应具有对不同波长红外线的透过率、折射率和色散，当然，材料的强度和硬度、抗腐蚀和防潮解能力、密度、到热率、热膨胀系数、比热容等在红外光学器件的制备和实用中也是需要考虑的。材料的光谱透过率与材料的结构，特别是化学键和原子量有关。任何材料只能在某一波段具有较高的透过率。对于纯的晶体材料，若不考虑杂质吸收的话，其透射短波限ls取决于电子吸收，即引起电子从价带激发到导带的光吸收。因而，一般说来，短波截至波长大致相当于该晶体禁带宽度能量对应的光频率。其长波透射限l1主要取决于声子吸收，即晶格震动吸收，它可
5、以是一次谐波震动吸收，也可以是高次谐波震动吸收。声子吸收和晶体结构、构成晶体元素的平均分子量及化学键有关。在晶体结构相同的情况下，平均分子量越大，则声子吸收出现的波长越长，材料的红外透射长波截至波长l1也越长。对于金刚石、锗、硅等具有金刚石结构的晶体，由于在红外区域没有活跃的一次谐波晶格震动，高次谐波也较弱，因而是一类透过率较高、透射波段也较宽的优秀的红外光学材料，使用也较为普遍。折射率和色散是红外光学材料的另一重要特性。首先，折射率和反射率损失密切相关，折射率越大，反射损失也越高。其次，对于不同用途，对折射率有不同的要求。例如，对于制造窗口和整流罩的光学材料，为了减少反射损失，要求折射率低一
6、些；而用于制造高放大率、宽视场角光学系统中的棱镜、透镜及其他光学部件的材料则要求折射率要高一些。例如，有时为了消色差或其他像差，不但需要使用不同折射率的材料作为复合透镜，而且对色散也有一定要求。作为分光光度计中色散元件的棱镜，它的性能直接与材料的折射率和色散有关。除了透过率、折射率和色散外，材料的力学性能、抗腐蚀、防潮解等性能对于一个好的光学器件也视非常重要的。比如，绿化钠晶体虽然是很好的红外光学材料，但却容易潮解，不宜在野外使用；锗也是很好的红外光学材料，但当温度升高时，透过率显著下降，而且它比较脆，软话温度也太低，因此用作整流罩是不合适的。同样，虽然金刚石的各种性能很优异，可是它不能做成大
7、尺寸的器件，而且价格过于昂贵，所以很少有人用它来作实际的光学材料。此外，要格外注意的是材料受热时的子辐射特性，为了避免探测器中出现假信号，受热材料在工作波段内的子辐射应当很小，这在搜索跟踪系统中尤其要引起重视。在红外光学系统中，一些常用的部件对材料性能有不同的要求。对于探测器窗口材料，要求在探测器的响应波段内窗口必须有很高的透过率，这样能很好的透过从目标来的辐射，而自身辐射却很小。对于制冷探测器，窗口必须要能很好的与玻璃或其他探测器外壳材料相封接，因此热膨胀系数要匹配，并且窗口的透过率不应随温度变化显著变化。一般窗口要暴露在空气中，因此，它应该不怕潮，化学稳定性好，较长时间内不发霉、发毛，负责
8、散射等影响将使透过率降低。另外，窗口材料应当易于加工和切割成各种形状。为了减小反射损失，可选择折射率低的材料作窗口材料，若必须折射率高的材料，则要易于镀增透膜。同时，窗口一般较薄，材料应有足够的强度。对整流材料的要求是在探测器相应波段内，整流罩必须有很高的透过率，自辐射应很小，以免产生假信号。有些材料在室温有很高的透过率，但高温时，由于只有载流子吸收增加，透过特性显著恶化，这种材料就不能作为整流罩。整流是安装在飞机、导弹、飞船等高速飞行体的光学系统的前部，由于空气动力加热，整流罩的温度是很高的，因此，要求整流罩的溶点、软化温度要高，并且材料的热稳定性要好，要能经受得住热冲击。整流罩得硬度要大，
9、这样，一方面有利于加工、研磨和抛光，另一方面不至于被飞扬的尘土和沙石所擦伤。由于整流罩暴露在空气中，因此化学稳定性要好，要能防止大气中的盐溶液或腐蚀性气体的腐蚀，并且不怕潮解。应当特别指出的一点是：一般的窗口尺寸较小，而整流罩的尺寸往往较大，并且折射率要连续，以免发生散射。因此，常常要求整流罩用单晶或折射率在晶粒间界没有突变的均匀的多晶制成。整流罩的曲线率往往很大，因此要有足够的强度，以便于加工、装配，并且经受住震动和气浪。对透镜和棱镜的要求是透镜和棱镜材料要纯净均匀，对折射率的要求较严，其他要求与窗口材料差不多。不过，对热膨胀系数的要求，只有在浸没透镜中才是很重要的，以为假使探测器制冷，若膨
10、胀系数匹配不好，浸没透镜和探测器可能脱开，使反射损失增加。对棱镜材料的一个突出要求是它的投射波段要宽，色散要大。高分子材料价格便宜、耐酸碱和耐腐蚀性良好，不溶于水，在近红外和远红外有良好的透过率，这是它的优点。但是高分子材料结构复杂，分子的振动和转动吸收带以及晶格震动吸收带正好在中红外波段，因此在中红外波段塑料的透过率很低，并且塑料的软化温度较低，强度不高，只能在较低温下做窗口和保护膜等，少数塑料可做透镜，但不能做整流罩。塑料的用途主要在远红外区域，中近红外使用较少。做常用的塑料是有机玻璃，即聚甲基丙烯酸甲酯，它透可见光和近红外，常用作保护膜、增透膜和窗口材料。聚乙烯不透可见光，但远红外的透过
11、率很高，是一种常温下使用的远红外光学材料。高密度聚丙烯比聚乙烯坚硬，在中红外某些波段有一定的透过率。图3-14为聚丙烯在1521?m波段的透过率，并与未镀增透膜的热压ZnSe做了比较。在1721?m波段内，聚丙烯的透过率是不错的，因此它常常用来做为这一波段的真空红外装置的窗口，能经受6atm(1atm=Pa)而不变形。聚四氟乙烯是另一种常用的塑料，其近、中、远红外透过性如图3-15和图3-16所示，可以看出，它有很高的远红外透过率，在很薄时，也有相当好的近红外和中红外透过率。它不溶于水，耐腐蚀，使用温度从-269260，广泛用作保护膜材料和远红外光学材料。各类有机化合物红外吸收光谱伸缩振动，面
12、内弯曲振动，面外弯曲振动一、烷烃饱和烷烃IR光谱主要由C-H键的骨架振动所引起，而其中以C-H键的伸缩振动最为有用。在确定分子结构时，也常借助于C-H键的变形振动和C-C键骨架振动吸收。烷烃有下列四种振动吸收。1、C-H在29752845cm-1范围，包括甲基、亚甲基和次甲基的对称与不对称伸缩振动2、C-H在1460cm-1和1380cm-1处有特征吸收，前者归因于甲基及亚甲基C-H的as，后者归因于甲基C-H的s。1380cm-1峰对结构敏感，对于识别甲基很有用。共存基团的电负性对1380cm-1峰位置有影响，相邻基团电负性愈强，愈移向高波数区，例如，在CH3F中此峰移至1475cm-1。异
13、丙基1380cm-1裂分为两个强度几乎相等的两个峰1385cm-1、1375cm-1叔丁基1380cm-1裂分1395cm-1、1370cm-1两个峰，后者强度差不多是前者的两倍，在1250cm-1、1200cm-1附近出现两个中等强度的骨架振动。3、4、C-C在1250800cm-1范围内，因特征性不强，用处不大。大于或等于4时，在722cm-1有一C-H分子中具有n链节，n个弱吸收峰，随着CH2个数的减少，吸收峰向高波数方向位移，由此可推断分子链的长短。二、烯烃烯烃中的特征峰由C=C-H键的伸缩振动以及C=C-H键的变形振动所引起。烯烃分子主要有三种特征吸收。1、C=C-H烯烃双键上的C-
14、H键伸缩振动波数在3000cm-1以上，末端双键氢2在30753090cm-1有强峰最易识别。16701620cm-1。随着取代基的不同，C=C吸收2、C=C吸收峰的位置在峰的位置有所不同，强度也发生变化。3、C=C-H烯烃双键上的C-H键面内弯曲振动在15001000cm-1，对结构不敏感，用途较少；而面外摇摆振动吸收最有用，在1000700cm-1范围内，该振动对结构敏感，其吸收峰特征性明显，强度也较大，易于识别，可借以判断双键取代情况和构型。RHC=CH2995985cm-1915905cm-1R1R2C=CH2895885cm-1-R1CH=CHR2690cm-1-R1CH=CHR29
15、80965cm-1R1R2C=CHR3840790cm-1三、炔烃在IR光谱中，炔烃基团很容易识别，它主要有三种特征吸收。1、C该振动吸收非常特征，吸收峰位置在33003310cm-1，中等强度。N-H值与C-H值相同，但前者为宽峰、后者为尖峰，易于识别。2、CC一般C键的伸缩振动吸收都较弱。一元取代炔烃CC出现在21402100cm-1，二元取代炔烃在22602190cm-1，当两个取代基的性质相差太大时，炔化物极性增强，吸收峰的强度增大。当处于分子的对称中心时，CC为红外非活性。3、CH炔烃变形振动发生在680610cm-1。四、芳烃芳烃的红外吸收主要为苯环上的C-H键及环骨架中的C=C键振动所引起。芳族化合物主要有三种特征吸收。1、Ar-H芳环上C-H吸收频率在31003000cm-1附近，有较弱的三个峰，特C=C-H频率相近，但烯烃的吸收峰只有一个。征性不强，与烯烃的2、C=C芳环的骨架伸缩振动正常情况下有四条谱带，约为1600，1585，1500，1450cm-1，这是鉴定有无
