碳材料对多元醇水雾消光性能的影响研究

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人造雾在舞台、农业、军事等领域应用广泛,水雾由于其安全、环保、成本低等性能备受关注,但其消光性及稳定性较差,难以满足实际应用。为解决这一难点,本论文研制了一种新型多元醇水雾,其无毒、无害、易操作、环境适用性强,可有效提高水雾的稳定性以及消光性。本文以含量为90%的水(自来水/湖水)为基材,添加多元醇等助剂,制得多元醇造雾剂,将具有消光性能的碳材料(石墨烯、纳米石墨粉、碳纳米管、碳化硅、二硫化钼等)引入多元醇造雾剂中,制得碳材料-多元醇造雾剂。测试了多元醇造雾剂中碳材料的粒径和Zeta电位,结果表明,碳材料在自来水基造雾剂中的分散性最好。利用波导法对石蜡基和海绵基碳材料样品的电磁性能进行了测试,石蜡基样品可用于固体粉末样品的表征,海绵基样品可作为固液两相样品的表征。对加入分散剂的种类、加入量进行筛选,并研究温度对造雾剂稳定性的影响,发现分散剂TX-100对不同水基多元醇造雾剂的分散性和稳定性最好,最佳TX-100的浓度为0.75g/L,且温度对造雾剂稳定性有一定影响。通过接触角和偏光显微镜对碳材料-多元醇水雾雾滴粒径进行测试,并研究烟雾箱内温湿度变化。结果表明,碳材料-多元醇水雾的粒径范围在0.13μm-0.93μm之间,碳材料-多元醇造雾剂经过喷雾机进入烟雾箱后,发现烟雾箱内温度和湿度均呈现出先升高后降低的趋势。在自制烟雾箱内,分别对不同水基的多元醇水雾进行了可见光(400-780nm)、远红外光(8-14μm)消光性能测试,研究自来水基碳材料-多元醇水雾和湖水基碳材料-多元醇水雾的消光性能差异,以及碳材料对多元醇水雾的稳定性能影响,分析多元醇水雾的消光机理。结果表明,碳材料-多元醇水雾相对于多元醇水雾和水雾具有更好的消光性和稳定性。对于可见光遮蔽性能测试,碳材料-多元醇水雾的质量消光系数均大于多元醇水雾,其中,在自来水基多元醇水雾中,二硫化钼-多元醇水雾对可见光的遮蔽效果最佳,质量消光系数为0.920 m~2/g;在湖水基多元醇水雾中,配方C-多元醇水雾对可见光的遮蔽效果最佳,质量消光系数为0.816 m~2/g。对于红外光遮蔽性能测试,在自来水基和湖水基多元醇水雾中,纳米石墨粉-多元醇水雾的遮蔽效果最好,在光程为0.5 m时,质量消光系数分别达到了1.032 m~2/g和1.017 m~2/g。
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