黑體材料

假設有一種物體，在某一給定的溫度下能夠全部吸收投射到其表面的任何波長的輻射能量，則稱之為黑體。黑體材料是一個完美的發(fā)射器，它的發(fā)射率值為1.000或100%。也就是說，一個完美的黑體材料是完全無反射的。在各種材料中，反射率越低，發(fā)射率越高，這種材料就越接近黑體材料。因此，反射率相當?shù)偷牟牧希T如紙、紡織品、水泥和磚能夠使用一個簡單的、一般的紅外測溫儀來精確地測量其發(fā)射率，因為他們非常接近于黑體材料。然而也有很多材料與黑體材料大不相同，它們具有很高的反射率和穿透率。這些與黑體材料大不相同的材料，根據(jù)其發(fā)射率特點，大體上可以分為三種類型，即灰體材料、非灰體材料，以及可選擇型發(fā)射體。

灰體材料

灰體材料的發(fā)射率值低于1.000，并且其發(fā)射率值在任何波長下都是相同的。灰體材料通常具有固定的發(fā)射率值，僅僅在其表面粗糙度改變的情況下，這一值才可能被改變，其它情況下則是一個常數(shù)。一個灰體材料在某一給定溫度下發(fā)射出的紅外能如果是黑體材料的70%，則其發(fā)射率值為0.700。通常來說，不透明的物體具有一個相對高的發(fā)射率值（通常反射率在0.300-0.400之間，發(fā)射率在0.600-0.700之間），這種物體通常稱為灰體材料。

非灰體材料

非灰體材料在不同的波長下具有不同的發(fā)射率值。對于不透明的材料來說，發(fā)射率隨波長變化的趨勢，主要是由材料的微觀表面結(jié)構和物理屬性所決定的。而對非灰體材料來說，對于紅外能的吸收、反射和穿透的趨勢取決于波長。可選擇型發(fā)射體是一個特殊的非灰體材料，將在下一章節(jié)另作談論。

材料的表面紋理和氧化度也會影響表面發(fā)射率。盡管我們認為反射率高的材料是很光滑的，但在顯微鏡下，其表面還是有很多褶皺和裂縫。這些褶皺和裂縫很小，通常紅外波無法進入，所以材料在此波長下具有較高的反射率。然而，如果波長足夠小并可以進入這些褶皺和裂縫，則會有所損失，物體的反射率就會變低，材料在反射率較低時發(fā)射率較高，在反射率較高時發(fā)射率較低。因為比起長波，短波更容易滲入褶皺和裂縫，因此在用短波測量時，被測目標的發(fā)射率比用長波測量時更高。通常發(fā)射率值低于0.400-0.500的金屬，我們稱為非灰體。

另外，表面紋理和氧化度的變化同樣會引起基于波長的發(fā)射率變化。如果氧化結(jié)構的表面縫隙大于紅外波長，比如氧化鐵表面就顯得很粗糙，其發(fā)射率相對較高，并且用小于此結(jié)構縫隙的所有波長進行測量時，發(fā)射率和反射率都是不變的。相反地，如果氧化結(jié)構的縫隙很小，比如氧化鉻鍍層，此時短波可以滲透，而長波則不行。隨著氧化層變厚，漸漸能夠吸收所有的波長，則其發(fā)射率值在各種波長下都是不變的。比如薄的膠片表面具有非常細致的氧化層，很容易把它看成是透明的，因此這些鍍層在影響其表面紋理的同時，也可將其看成是可選擇型發(fā)射體。

可選擇型發(fā)射體

紅外能是一種電磁能，就像可見光、無線電波和X射線。如果在胸口打上一束光，它不能穿過，而如果是X射線就能夠穿過。光與X射線的唯一區(qū)別就在于波長。所以通過改變波長，有些物體會變得更加透明或更加不透明，玻璃就是一個很好的例子。玻璃在短波下是透明的，但在波長大于4.8mm的長波下則是不透明的。也就是說，在短波下玻璃的發(fā)射率更低。而因其在長波下是不透明的，因而此時具有更高的發(fā)射率。玻璃的發(fā)射率也隨著波長的改變而改變，在6.6-8.2mm的波長下，玻璃是高度不透明和高度低反射的。這一波段也是玻璃具有最高的發(fā)射率值和最類似于黑體材料的波段。

薄的塑料膠片是最典型的可選擇型發(fā)射體。這種材料是由一長串氫和碳原子鏈組成的，這一可重復的統(tǒng)一的分子結(jié)構使得分子和原子以一個均勻的頻率和諧地振動。與這一振動頻率一致的紅外波長被塑料材料優(yōu)先吸收（不是反射或穿透）；另一方面，這一材料發(fā)射出的紅外能首先是與振動頻率一致的波長。當我們觀察一個塑料夾層帶時，它是透明的。但如果用一個與振動頻率一致的3.43mm長度的波來測量，這個夾層帶則是完全不透明的。當測量一個可選擇型發(fā)射體的溫度時，選擇與一個強的發(fā)射波段一致的波長是至關重要的。在這種波長下，紅外發(fā)射最為接近黑體條件，該材料也具有最高的不透明度和最低的反射率。可選擇型發(fā)射體的另一些例子是所有的氣體和所有的高透明材料。許多晶體材料，比如硅和陶瓷也是可選擇型發(fā)射體。統(tǒng)一的分子結(jié)構使這些材料具有如上所述的發(fā)射率特性。

薄膜鍍層也可以看成是可選擇型發(fā)射體。在金屬工業(yè)領域，金屬薄板經(jīng)常會被鍍上一層薄膜。油基漆、水基漆、機油和臘是最為常見的涂在金屬外部的鍍層，它們都可以看作是可選擇型發(fā)射體。這些材料在有些波長下是高度透明的，在另一些波長下則是高度不透明和低反射的。鍍層的發(fā)射率在很大程度上取決于波長。一個紅外測溫儀的最佳波長應該能夠隨著鍍層材料、鍍層厚度、所需溫度范圍，以及對鍍層的觀測和穿過鍍層觀測的需求的變化而變化。