中国建筑材料科学研究总院有限公司所属中材人工晶体研究院有限公司（简称晶体院）CVDZnS研究团队在《人工晶体学报》发表了题为“元素级ZnS高温性能研究”的论文。
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http://rgjtxb.jtxb.cn/CN/Y2023/V52/I12/2222
作为一种重要的中长波红外窗口材料，元素级ZnS具有良好的光学性能和力学性能。目前，高超声速飞行器的发展迫切需要开展元素级ZnS红外窗口的高温性能研究。
元素级ZnS窗口和整流罩照片
研究成果：
1. 温度对元素级ZnS中长波法向光谱辐射率的影响如图1，在3～5.5和7～10.5mm波段，同一波段其法向光谱辐射率均呈现随温度升高而增大的趋势，4.25mm左右的突出峰是由大气中二氧化碳引起的。从图中数据可以看出，在3～5.5和7～10.5mm波段，平均法向光谱辐射率随温度的升高而增加。在500°C下，元素级ZnS在中波和长波平均法向光谱辐射率都比较低，因此能在元素级ZnS在高温下能清晰成像。
图1 不同温度下元素级ZnS在3～5.5μm(a)和7～10.5μm(b)法向光谱辐射率
2. 对10mm厚元素级ZnS进行不同温度下透过率测试，温度对元素级ZnS透过率的影响如图2，从室温到500°C范围内，温度对元素级ZnS2～9.5mm波段透过率影响并不大，因此在500°C下，元素级ZnS在中波和长波仍能良好成像。
图2 元素级ZnS在不同温度下的透过率
3. 温度对元素级ZnS弯曲强度的影响如表1所示，元素级ZnS的弯曲强度随着温度的升高并没有降低，因此在600°C内，温度对元素级ZnS的弯曲强度影响较小。对元素级ZnS进行了常温、400、800°C下的弹性模量测试，常温下弹性模量为79.6GPa，400°C下弹性模量为67GPa，800°C下弹性模量为53GPa。很明显随着温度升高，元素级ZnS的弹性模量明显下降。这使得元素级ZnS在高温下仍有良好结构性能。
创新点：
本研究首次对元素级ZnS进行了全面高温性能研究，对窗口高温成像和力学性能影响较大的高温透过率、辐射率、折射率、热光系数、高温弯曲等性能进行了全面研究。元素级ZnS的发射率随着波长增大而增加，同一波长下随温度的升高而增加，500℃时，在3～5.5 mm平均法向发射率小于0.05，7～10.5mm平均法向发射率小于0.10。在2～9.5 mm，温度对透过率影响并不大，在9.5mm后，随着温度的升高，透过率明显降低。折射率、热光系数和热膨胀系数随温度的升高而增大。温度对弯曲强度几乎无影响，弹性模量随温度升高而降低，800°C时的弹性模量与室温下的相比下降约30%。
研究团队简介：
张旭：教授级高工，光波材料工程技术中心主任。长期从事红外光学窗口制备及窗口表面性能改进等方面的研究工作。先后主持或参与了国家“863”计划等十余个项目，发表论文十余篇，发明专利5项。荣获中国建材集团科技进步一等奖和二等奖。
崔洪梅：教授级高工，晶体院技术人员，长期从事红外光学窗口材料制备及性能研究方面工作，先后主持参与中关村中小企业创新基金等十余项项目，国内外期刊发表论文十余篇。
