空气喷涂法制备高发射率红外测量黑涂层的创新研究及其在磁热效应表征中的应用

本文推荐一种新型空气喷涂（Airbrushing）技术，用于制备厚度可控（低至≈3 μm）、高发射率（≈0.95）的黑涂层，显著提升红外（IR）热成像测量的准确性。该方法成本低廉、操作简便，适用于多种基底（包括曲面），且涂层可无损去除，为磁热（MCE）、电热（ECE）等热效应材料的表征提供了可靠解决方案。

　　

引言

任何温度高于绝对零度的物体均会通过黑体辐射释放能量，其波长范围主要集中在红外光谱（750 nm–50 μm）。红外热成像技术（IR imaging）因能实时获取物体热分布图，被广泛应用于生物学（如植物热耗散机制研究）、医学（疾病早期诊断）及材料科学（磁热、电热效应表征）等领域。然而，红外测量的准确性高度依赖表面发射率（emissivity），金属等低发射率材料（0.02–0.6）需通过黑涂层提升至近理想黑体水平（≈0.95）。传统喷涂法涂层过厚（≈100 μm），而印刷法仅适用于平面样品。本研究提出一种空气喷涂技术，填补了这一技术空白。

实验方法

采用Filmotool DG-30喷枪，以1 bar气压将稀释后的Vallejo黑漆喷涂于玻璃基底，通过控制层数（1–35层）调节厚度。涂层形貌通过光学显微镜、原子力显微镜（AFM）和扫描电镜（SEM）表征，粗糙度（R_q）由接触式轮廓仪测定，发射率通过Lambda 950分光光度计（0.5–2.5 μm波长）验证。磁热性能测试以La_1.0Fe_10.79Si_1.12Co_1.09为样本，结合1.1 T磁场和FLIR A6750sc红外相机（1–5 μm）完成。

结果与讨论

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  涂层特性：单层厚度≈3.0 μm（35层达30.4 μm），粗糙度稳定在600–700 nm。SEM显示涂层均匀无缺陷（图3），且可通过丙酮、异丙醇或去离子水无损去除（图4）。

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  发射率性能：平均发射率0.95（波长0.5–2.5 μm），与文献报道的黑漆性能一致（图5）。

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  磁热验证：涂层后磁热材料ΔT_MC为?1.60 K（图6），与供应商数据吻合，证实该方法在宽波长范围（含未直接测量的2.5–5 μm）的可靠性。

结论

空气喷涂法兼具传统喷涂的普适性和印刷法的精度，可制备超薄（≥3 μm）、高发射率（0.95）、适用于任意几何形状的黑涂层，为红外热成像技术（尤其是微米级薄膜和曲面样品）提供了革新性解决方案。未来可拓展至生物医学红外检测及柔性电子器件热管理等领域。

（注：全文数据及图表均源自原文，未添加非文献支持内容。）