淺析利用氙燈老化箱的氙燈光譜模擬全球標(biāo)準(zhǔn)太陽光光譜的優(yōu)勢(shì)
產(chǎn)品和材料的抗光老化以及整體耐候性能一直備受關(guān)注。從民企到**單位、從沿海地區(qū)到高原、從熱帶到高寒地域……所有這一切都離不開光老化。人們很早就關(guān)注如何提高產(chǎn)品和材料這些方面的性能。一個(gè)例證是早在1918年，人類就發(fā)明了**臺(tái)實(shí)驗(yàn)室光老化耐候試驗(yàn)箱：內(nèi)置式碳弧燈試驗(yàn)箱。然而人們知道這種光源制造出來的光老化箱與實(shí)際地表的太陽光光譜差異巨大，于是大家繼續(xù)尋找更合適的光源，終于在1954年，人們制造出使用氙燈光源的氙燈老化箱，并不斷改進(jìn)設(shè)備的設(shè)計(jì)，硬件構(gòu)造原理也從旋轉(zhuǎn)式到*新的平板式設(shè)計(jì)。氙燈老化箱的購置成本也從過去近乎天價(jià)的旋轉(zhuǎn)機(jī)型（如美國Atlas的Ci系列氙燈老化箱）到性價(jià)比極高的平板式機(jī)型（如美國Q-Lab的Q-SUN氙燈老化箱）。自此，氙燈老化箱的普及率也越來越高！人們真正用得起，科研水平也大幅提高。然而，筆者因從事氙燈老化箱業(yè)務(wù)多年，和許多已購買氙燈老化箱或準(zhǔn)備購買的客戶技術(shù)人員交流時(shí)，發(fā)現(xiàn)大家對(duì)人工氙燈光譜和標(biāo)準(zhǔn)太陽光光譜之間的概念還是不夠清晰。以下，我們將結(jié)合國外的技術(shù)信息，淺析利用氙燈老化箱的氙燈光譜模擬地表標(biāo)準(zhǔn)太陽光光譜的優(yōu)勢(shì)。
首先，大家必須要知道什么是標(biāo)準(zhǔn)太陽光光譜。依據(jù)國際照明協(xié)會(huì)CIE刊物No.85：1989表4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)太陽光光譜的規(guī)范和描述（表4的B1海平面處的太陽光譜輻照度）。人工加速老化試驗(yàn)所用到的氙燈光源老化箱，其光譜應(yīng)遵照表4執(zhí)行。
參數(shù)：
相對(duì)空氣質(zhì)量=1；
水蒸氣含量=1.42cm沉積水（PW）；
臭氧含量=0 .34cmSTP(標(biāo)準(zhǔn)溫度與壓力)；
空氣溶膠消光的光譜學(xué)深度（在λ=500nm處）=0.1 ；
地表反射率=0.2；
λ=以納米計(jì)的波長(zhǎng)；
EG（0～λ）——從0～λ積分得到的輻照度，以每平方米的瓦數(shù)計(jì)；
EG（0～∞）——從0～∞積分得到的輻照度，以每平方米的瓦數(shù)計(jì)。
| 光譜區(qū)域 | 紫外光B | 紫外光A | 可見光 | 紅外光 |
| 光波長(zhǎng)寬 [µm] | 0,28 – 0,32 | 0,32 – 0,40 | 0,40 – 0,52 | 0,52 – 0,64 | 0,64 – 0,78 | 0,78 – 3,00 |
| 輻照度 | 5 W / m² | 63 W / m² | 200 W / m² | 186 W / m² | 174 W / m² | 492 W / m² |
表1：280(290/295)-3000nm的總輻照量約為1120w/m2
其中UV段總輻照雖然約占6%的份額，但對(duì)聚合物、涂層等破壞力極強(qiáng)。
以上280nm（或290、295nm）到3000 nm就是我們常說的實(shí)際可到達(dá)地球表面的光譜范圍。實(shí)際上，大氣層外的光譜比以上的范圍更廣一些，這是大氣層未對(duì)紫外光等吸收過濾前的結(jié)果，如下：
表2：UV/VIS光的分類（DIN 5031）*
* 這里面，包括：
IR-A/IR-C = 800 – 4000 nm ………… 熱輻射
UV-VIS = 780 – 380 nm ………… “可見”光，光合作用
UV-A = 315 – 380 nm
UV-B = 280- 315 nm ………… 對(duì)聚合物、涂料等的有害光波范圍
UV-C = 100 – 280 nm
實(shí)際上，小于290nm的太陽光經(jīng)過大氣層時(shí)已經(jīng)被吸收掉了（主要是臭氧吸收）。僅僅約有6%的UV輻照可以到達(dá)地球表面。 這也就說明為何我們的人工氙燈老化箱在模擬日光直射耐候測(cè)試時(shí)，通常以290nm為截至點(diǎn)（cut-on point）。
那么經(jīng)過過濾器過濾的氙燈的光譜情況又是如何啦？以Q-Lab公司的Q-Sun氙燈老化箱設(shè)備為例，他們獲取的光譜與標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜非常接近（如下），這是其他光源所做不到的。
說到這里，大家就明白氙燈光譜在模擬自然界太陽光老化的優(yōu)勢(shì)。不過，細(xì)心的人仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)，800nm以外的人工氙燈光譜即紅外光波段對(duì)太陽光相應(yīng)波段良好模擬的缺失，繼而人們會(huì)懷疑以上以上論斷的可靠性。事實(shí)上，從以上表2對(duì)太陽光的分類可以知道，紅外光（IR： Infra-Red）主要就是產(chǎn)生熱輻射，也就是產(chǎn)生熱量（溫度），作為氙燈老化箱，完全可以通過空氣加熱等手段達(dá)到模擬的效果，問題也就**解決了。
現(xiàn)在，大家就應(yīng)該明白利用氙燈老化箱的氙燈光譜模擬全球標(biāo)準(zhǔn)太陽光光譜的優(yōu)勢(shì)了。
實(shí)際上，要做出好的氙燈老化箱，光有氙燈那是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)橐粋€(gè)真正滿足實(shí)驗(yàn)室人工加速老化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求的氙燈老化箱，還需要其他很多核心的技術(shù)，比如合適的光過濾器、光輻照強(qiáng)度的連續(xù)和**控制、光與其它控制參數(shù)（黑板/黑標(biāo)溫度、空氣溫度、濕度）的配合控制等等。
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