本发明涉及红外测量及面源黑体辐射源，具体提供了一种基于石墨烯纸的面源黑体辐射源；
背景技术：
1、红外设备在对地探测、医疗诊断、工业检测等领域有着广泛的应用。因为仪器老化、环境变化或误差累积等原因会导致测量偏差，所以需要定期进行校准。面源黑体作为校准红外设备的标准化设备，其辐射性能直接影响着红外设备的精确度，高性能面源黑体要求其具有快速变温、工作温度范围广、温度均匀稳定、节能环保等特点。
2、近年来，便携式面源黑体在温度均匀性和辐射面发射率方面取得了显著进步。波兰的inframet生产的便携式面源黑体包括tcb、mtb和mab系列。以tcb-6d为例，该面源黑体的工作温度为-20到80℃，辐射面积为150×150mm，发射率为0.98±0.005，辐射面温差小于0.5％×|t-tamb|。另外，具有相同的辐射面尺寸的mtb-6d适用于工作温度在环境温度以上5到550℃，发射率为0.96±0.01。其辐射面内温差小于0.1％×|t-25℃|，升温速度为8℃/min，降温速度为3℃/min。国内开发的b-100te(健天光电科技有限公司)具有100×100mm的辐射面，发射率为0.96，在90％的辐射面内温差不大于5％，变温速率为15℃/min。
3、此外，tcb系列可以选择安装萨利纳米系统公司生产的vantablack-s高发射率涂层，这种涂层采用静电吸附的碳纳米管制成，发射率可达0.99以上。然而，由于涂层柔软且不耐用，且很难在不损坏涂层的情况下进行表面清洁，因此inframet公司并不推荐选装此涂层。其他碳纳米管阵列涂层也面临着相同的问题。尽管自2007年以来，碳纳米管阵列被yang证明可以在硅衬底上实现非常黑的涂层，其绝对吸收率高达0.9997，在可见光到远红外的广泛波长范围内，没有任何其他材料可与之相比。然而，由于碳纳米管与基底之间附着力不强、机械强度不足，阵列结构极易被破坏，这限制了该材料在实际应用中的适用范围。
4、yuhei shimizu等人使用具有纳米精度表面微腔结构的聚二甲基硅氧烷(pdms)薄片，制备了100×80mm的大面积辐射面，其红外发射率高于0.998。然而，pdms材料自身的导热系数为0.134～0.159w/(m·k)，导致辐射面内的温度均匀性较差。其他商用高发射率涂料也普遍存在自身导热性能较差的问题，例如：nextelvelvet-coating 811-21(mankiewicz公司，德国)的红外波段发射率约为0.98，但导热系数仅为0.2042-0.0001×t(t为温度，单位为k)，将其应用于黑体辐射源，使得辐射源面内和纵向热阻增大，将会降低面内温度均匀性和纵向的热传导效率。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，以保证了面源黑体辐射源的发射率、温度均匀性和适用性。
2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于石墨烯纸的面源黑体辐射源所述面源黑体辐射源包括辐射面、热源、保温结构、温度传感器组件和壳体；辐射面、热源、保温结构、温度传感器组件设置在壳体内，辐射面用于产生接近黑体辐射的红外辐射，热源用于加热辐射面以获得稳定的温度，保温结构用于减小热损失，温度传感器组件用于读取辐射面温度；所述辐射面为柔性辐射面，包括石墨烯纸和碳基高发射率涂层，具体为石墨烯纸上表面涂装碳基高发射率涂层。
3、进一步地，所述热源具体包括均温板和电加热膜；均温板和电加热膜紧密拼接在一起；电加热膜通过正负电极与外部电源连接，用于给所述辐射面提供热能，可通过控制电源的功率控制所述黑体辐射源温度。
4、进一步地，电加热膜包括绝缘膜和金属电路；金属电路的覆盖面积等于辐射面的面积，并在此区域内均匀分布；绝缘膜的面积大于金属电路的面积，用于确保电加热膜不会出现漏电情况。
5、进一步地，保温包括隔热板和保温涂层；隔热板设置在电加热膜底部，固定在壳体上；保温涂层设置在壳体与碳基高发射率涂层、石墨烯纸、均温板、电加热膜、隔热板之间，用于减少黑体辐射源的侧面能量损失。
6、进一步地，温度传感器组件包括多个温度传感器，设置在均温板和辐射面之间，所述温度传感器与温度采集器相连，用于检测温度。
7、进一步地，碳基高发射率涂层包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯共聚物和黑色物质。
8、进一步地，黑色物质包括多壁碳纳米管、单层石墨烯、炭黑中至少一种。
9、进一步地，壳体包括下壳体和上盖板，下壳体和上盖板固定连接；上盖板上设置辐射窗口，用于辐射窗口处安装辐射面；辐射窗口尺寸大于辐射面，用于以避免和辐射面的直接接触，破坏辐射面的温度均匀性。
10、进一步地，石墨烯纸作为第二热源，石墨烯纸两端安装电极，用与对石墨烯纸进行通电加热。
11、进一步地，均温板为石墨板，石墨板的厚度与辐射面内的温差的数值关系约为：
12、δt＝0.6/δ；
13、式中，δt为辐射面内温差，单位为k；δ为石墨均温板的厚度，单位为：mm。
14、本发明与现有技术相比，其显著优点是：
15、(1)本发明的辐射面涂层由聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚丙烯共聚物和黑色物质混合制备，所述黑色物质包括以下一种或者多种：多壁碳纳米管、单层石墨烯、炭黑，它同时做到了具有高发射率、不易损坏和自身的导热性能强，具有抗腐蚀、抗氧化的特点，适用于较多场景。
16、(2)本发明采用石墨烯纸作为均温材料，有助于获得更好的温度均匀性、更低质量的黑体。
17、(3)本发明辐射面包括石墨烯纸2和碳基高发射率涂层1，为柔性辐射面，可以适应各种形状的要求，特别是当辐射面不是平坦的，而是呈现出凸起或者凹陷的形状时。
18、(4)本发明采用多层结构，将不同的功能分配到不同的层级中，实现功能的分工与协作，便于根据不同应用场景，变更和升级某一结构。且结构相对稳定，不易发生故障，在取得较大辐射面的同时保证整体结构不过大。
1.一种基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，所述面源黑体辐射源包括辐射面、热源、保温结构、温度传感器组件和壳体；辐射面、热源、保温结构、温度传感器组件设置在壳体内，辐射面用于产生接近黑体辐射的红外辐射，热源用于加热辐射面以获得稳定的温度，保温结构用于减小热损失，温度传感器组件用于读取辐射面温度；所述辐射面为柔性辐射面，包括石墨烯纸和碳基高发射率涂层，石墨烯纸上表面涂装碳基高发射率涂层。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，所述热源具体包括均温板和电加热膜；均温板和电加热膜紧密拼接在一起；电加热膜的正负电极与外部电源的正负电极相连，用于给辐射面提供热能，通过控制电源的功率控制所述黑体辐射源温度。
3.根据权利要求2所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，电加热膜包括绝缘膜和金属电路；金属电路的覆盖面积等于辐射面的面积，并在此区域内均匀分布；绝缘膜的面积大于金属电路的面积，用于确保电加热膜不会出现漏电情况。
4.根据权利要求2所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，保温包括隔热板和保温涂层；隔热板设置在电加热膜底部，固定在壳体上；保温涂层设置在壳体与碳基高发射率涂层、石墨烯纸、均温板、电加热膜、隔热板之间，用于减少黑体辐射源的侧面能量损失。
5.根据权利要求2所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，温度传感器组件包括多个温度传感器，设置在均温板和辐射面之间，所述温度传感器与温度采集器相连，用于检测温度。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，碳基高发射率涂层包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯共聚物和黑色物质；黑色物质包括多壁碳纳米管、单层石墨烯、炭黑中至少一种。
7.根据权利要求1所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，碳基高发射率涂层由：多壁碳纳米管：单层石墨烯：聚丙烯共聚物按1：1：8的比例混合而成。
8.根据权利要求1所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，壳体包括下壳体和上盖板，下壳体和上盖板固定连接；上盖板上设置辐射窗口，用于辐射窗口处安装辐射面；辐射窗口尺寸大于辐射面，用于以避免和辐射面的直接接触，破坏辐射面的温度均匀性。
9.根据权利要求1所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，石墨烯纸作为第二热源，石墨烯纸两端安装电极，用与对石墨烯纸进行通电加热。
10.根据权利要求2所述的基于石墨烯纸的面源黑体辐射源，其特征在于，均温板为石墨板，石墨板的厚度与辐射面内的温差的数值关系约为：
