低温热像应用用涂层评估方法学

更清晰地“看见”热量

红外相机让我们无需接触被测对象就能“看见”热量，无论是建筑墙面、飞机部件还是人体皮肤。但这有一个问题：光亮或发射率未知的表面会欺骗相机，导致数度的温度误差。本文说明如何设计并测试喷涂到表面的特殊黑色涂层，使红外相机在日常低温情形下能更准确、可靠地读出温度。

表面涂层为何重要

红外相机并不直接测量温度；它们检测从表面发出的不可见热辐射。表面发射这种辐射的强弱称为发射率。例如，光亮的金属发射差且大量反射周围辐射，因此红外相机可能将反射误判为真实的表面热量。作者指出，一种实用的解决办法是用一种表现良好的参考涂层覆盖这些难测表面。该涂层应像一种稳定、近似完全黑体的表皮，主导相机所见的信号，而不会被底下的材料影响。

理想涂层的四项任务

根据研究，一种良好的热像涂层必须同时满足四项要求。首先，它应阻挡来自基底材料的辐射，而不是让基底的辐射透过。第二，它应吸收几乎所有入射辐射，而不是将周围的反射引入相机。第三，它不得表现为能显著使表面本身变冷或变热的热绝缘层，这意味着它应当薄且具备适度的导热性。第四，对于给定的相机和观察角度，其有效发射率须已知且稳定，以便用户可以在软件中输入可靠数值而非猜测。该涂层还需易于喷涂、能在大面积上均匀覆盖，并在预期使用温度范围内具有机械和热学稳定性。

三步测试路线图

作者提出了一套结构化的三步方法，用以检验某种商业喷漆能否作为这样一种参考涂层。在第1步中，他们进行“热像学检查”，使用对红外敏感的光谱仪测量涂层在典型相机波段（7.5–13微米）内的透射和发射特性。随后他们将涂层样品加热至120°C一次，再在室温下重复测量，以观察性能是否发生变化。使用了严格的判定阈值：透射率须≤1%，发射率须≥0.7，加热后变化需在1个百分点以内，且不得出现可见裂纹或剥离。

从喷罐到可靠涂层

第2步处理更接地气的问题：如何喷涂涂层以便任何人都能复现。团队测试了一种特定的气溶胶产品（LabIR HERP-LT），让多名操作员按照规定的距离、速度和遍数喷涂多件样品。他们检查层厚、透射率和发射率在样品间的差异。对于所选喷漆，慢速8遍、距离30厘米时形成的涂层约为45–50微米厚，透射率低于1%，发射率接近0.95，且这些数值具有高度重复性。他们还估算了覆盖每平方米所需涂料量，这是对实际用户很重要的细节。

确定性能数值

在第3步，作者确定工程师真正需要的关键数值。利用加热板和红外相机，他们测量了相机在不同视角下所见涂层的有效发射率。对于所测试的涂层，当相机几乎正对表面时发射率约为0.96，但随着观察角度趋于掠视（尤其在约50度以上）发射率会下降。他们还在100°C下监测了40分钟的发射率，发现其非常稳定。最后，他们测量了热导率并确认，尽管涂层的导热性相对较差，但通过将发射率定义为相对于涂层与基体交界处温度的方式，可以将这一效应加以考虑。

实践中的意义

对非专业人士而言，要点是仅仅使用“黑色油漆”并不足以保证红外温度读数的准确性。涂层必须按照本文所述的三步路线图进行检查和表征。当某种涂层通过了全部标准（如本文测试的喷涂在高达120°C时表现良好），它就成为一种值得信赖的工具：用户可以将其喷涂在难测表面上，并自信地将相机图像转换为真实温度，从而改进从能耗审计到部件测试等领域的诊断工作。

引用: Honnerová, P., Veselý, Z., Matějíček, J. et al. Coating evaluation methodology for low-temperature thermographic application. Sci Rep 16, 6090 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37319-y

关键词: 红外热像, 发射率涂层, 非接触式温度, 热成像, 表面涂层