黑度是表征物体表面辐射特性或颜色深度的重要物理参数，广泛应用于热工学、材料科学和工业检测等领域。本文将系统介绍黑度的基本概念、核心评价指标及主要测量方法。

一、黑度的定义与物理意义

黑度（Emissivity），也称为发射率，是实际物体的辐射力与同温度下黑体（理想辐射体）辐射力的比值，用符号ε表示，其值介于0到1之间。黑体被定义为能够吸收所有入射辐射且不发生任何反射和透射的理想物体。

根据物体辐射特性的不同，可将其分为三类：

•  黑体：辐射力最大，ε = 1。

•  灰体：辐射光谱曲线形状与黑体相似，其单色辐射能力与黑体在同波长下的单色辐射能力之比为常数（ε < 1）。大多数工程材料可视为灰体。

•  选择性辐射体（非灰体）：其辐射能力随波长变化，ε 不是常数。

物体表面的黑度主要取决于其物质种类、表面状况（如粗糙度、氧化程度）、温度以及辐射波长等因素。例如，磨光的金属表面黑度较低，而表面粗糙或氧化后黑度会显著提高；大多数建筑材料的黑度在0.8至0.95之间。

在颜色科学领域，黑度特指黑色材料（尤其是炭黑及其制品）的黑度，评价其吸收可见光的能力，数值越高表示黑色越深。

二、黑度的关键评价指标

在评价黑色材料时，主要采用两个指标：

1.  黑度值（My）：My = 100 * log(100 / Y)，其中Y是试样的三刺激值（CIE XYZ颜色系统中的Y值）。My值越高，表示黑度越高，即材料越黑。

2.  色相（dM）：dM = Mc - My（Mc是另一计算值）。dM > 0 显示蓝相，dM < 0 显示棕相（红相）。通常，蓝相炭黑被认为黑度更高，更受高端市场（如汽车面漆）青睐。

黑度值（My）与CIE Lab颜色空间中的明度值（L）密切相关：L值越低，黑度My值越高。

三、黑度的主要测量方法

黑度的测量方法因其应用领域和物理意义的不同而有所不同。

1. 传热学领域：材料表面黑度的测量

在传热学中，测量物体表面的热辐射黑度（ε）常用辐射法。其基本原理是将待测试样置于一个已知内表面积（F₂）和黑度（ε₂）的外壳空腔内，抽真空以消除对流和传导的影响。通过测量试样的外表面积（F₁）、稳定后的试样表面温度（T₁）、外壳内表面温度（T₂）以及两者间的辐射换热量（Q₁₂），利用斯特藩-玻尔兹曼定律推导出的公式计算试样的黑度（ε₁）

其中 C₀ 是黑体辐射常数（5.67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴）。该方法需要复杂的实验装置和精确的温度与热量测量。

2. 颜色与颜料工业：炭黑及黑色制品黑度的测量

在颜料、油墨、涂料等行业，黑度的测量主要采用分光测色法。国际标准（如DIN 55979)规定了严格的样品制备和测量流程：

•  样品制备：将炭黑颜料与沸腾的亚麻籽油按精确比例混合成色浆，然后以规定工艺涂覆在玻璃板上制成标准样板。

•  仪器测量：使用分光光度仪测量标准样板的光谱反射数据，然后计算出三刺激值（X, Y, Z），最终得到My和dM值。  仪器光学几何结构的选择至关重要：

•  45°/0°（45度环形照明，0度接收）或 0°/45°：这种结构模拟人眼观察条件，直接测量物体表面的反射光，自动排除镜面反射光（光泽）的影响，结果更符合视觉感知，尤其在测量高黑度、高光泽样品时数据更可靠、重复性更好。

•  d/8°（积分球）：测量时需注意选择排除镜面反射（SPEX, Specular Component Excluded） 模式，以消除表面光泽对颜色测量的影响，从而获得更接近材料真实吸收特性的黑度值。若包含镜面反射（SPIN），测量结果容易受表面状态干扰，导致黑度值失真（如高光泽表面测得的L*值偏高，My值偏低）。  

测量方法特性

  45°/0° 光学结构

  d/8° 积分球光学结构 (排除镜面反射)

  基本原理

模拟人眼观察，直接测量漫反射光

积分球漫射照明，探测镜面反射方向

  主要优点

自动排除光泽影响，数据重复性好，尤其适合高光泽样品

可灵活包含或排除镜面反射

  主要缺点-

排除镜面反射模式仍需注意校准和仪器性能

  适用场景

  高精度黑度测量首选，尤其汽车漆、高端塑料

通用颜色测量，需确保使用排除镜面反射模式

四、测量实践与注意事项

为确保黑度测量的准确性和重复性，应注意以下几点：

1.  样品制备：炭黑分散的均匀性至关重要。分散不良会导致黑度值偏低。

2.  仪器校准：必须使用黑腔（光阱）作为校准黑度的基准，而非普通的黑板。因为普通黑板的黑度可能不足，无法满足高精度测量要求

。测量前务必进行仪器校准。

3.  环境控制：应在温度稳定、洁净的环境中进行测量，避免灰尘、环境光干扰。

4.  数据解读：对于非常高的My值和dM值（例如dM远大于0的极度蓝相），应审慎评估其测量方法和数据的可靠性。

5.  标准遵循：不同行业和应用可能有特定的标准和规范（如ASTM D3265测定炭黑着色强度），应遵循相应的标准操作流程。

黑度是一个连接科学与工业的多维参数。无论是评估材料的热性能还是追求极致的黑色美学，精确测量黑度都至关重要。理解其定义、选择正确的测量方法并严格遵循规范，是获取可靠数据、推动产品开发和质量控制的基础。随着技术进步，对黑度的测量将更加精准和高效，为相关领域的发展提供坚实支撑。