CN102659410B

CN102659410B - 一种高近红外反射纳米陶瓷颜料及其制备方法

Info

Publication number: CN102659410B
Application number: CN 201210165842
Authority: CN
Inventors: 张玉军; 谭砂砾; 张潇予; 龚红宇; 赵玉军; 赵新巧
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: CN102659410A

Abstract

本发明公开了一种高近红外反射纳米陶瓷颜料及其制备方法，本发明由如下步骤制成：按配比，将氧化钇、氧化钕、氧化钼粉体以无水乙醇为溶剂，球磨混合30～40min；球磨混合后的料浆在50～80℃真空条件下烘干，得混合粉末；将上述混合粉末在空气气氛下的加热炉中进行无压煅烧，在升温至最高煅烧温度1400～1600℃时保温60～180min；自然冷却；将上述煅烧后得到的煅烧产物进行破碎过筛，得到颜料粉体；所述氧化钇55～65份，氧化钕20～30份，氧化钼15份，均以质量计。本发明的纳米高近红外反射陶瓷颜料具有近红外波段反射率高、颜色为淡黄色、d₅₀≤200nm的特点，可用作军事方面近红外隐身、房屋降温材料、车辆及其他外壳降温涂覆漆等方面的理想材料。

Description

一种高近红外反射纳米陶瓷颜料及其制备方法

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种高近红外反射纳米陶瓷颜料及其制备方法。

背景技术

太阳光在给予人类恩惠的同时，也给人类生活带来许多负面的甚至是破坏性的影响。房屋的屋顶和墙面接收到的热能，通过各种方式使室内温度升高，这使人们大量使用空调、冷气机等设备降低温度，需消耗大量的能源。一些化工容器和露天的反应釜，在炎热的夏天因受太阳光直接照射，表面温度升高，罐内液体温度随之升高，带来危险性。高温也加速了材料的腐蚀、老化和降解过程，降低材料使用寿命，限制了某些材料的应用。太阳光的大部分能量都集中在近红外和可见光范围内。因为经过大气层的吸收，到达地面的太阳光的总能量中，可见光占45%，红外线占50%，而其中95%的红外辐射能量集中在波长为0.72～2.5μm的范围内，即近红外范围内。因此，制备一种高近红外反射纳米粉体，对于降低、消除太阳光线对人类造成的负面影响具有重要意义。美国ShepherdColor公司研制出一种棕色10P895红外反射颜料，这种颜料是含有铁和铬的褐铁矿，在极端条件比如紫外照射、高温和一些需要耐化学腐蚀的情况下，表现出很好的稳定性。J.Vince等采用溶胶方法在Al基体上沉积了掺杂和未掺杂钛的CuCoMnO_x尖晶石薄膜，未掺杂钛的CuCoMnO_x尖晶石薄膜是一种很好的太阳能吸收体，具有高的太阳能吸收性和热能散发性，其前驱体中Co:Cu:Mn的摩尔比是1:3:3。TUQUABO TESFAMICHAEL研究了厚度敏感太阳能选择吸收涂料的黑色颜料的光学特性和模式。研究采用了美国Ferro公司的FeMnCuO_x黑色颜料（F6331）。P.Prabhakar Rao和.P.Reddy研制了(TiO₂)₁(CeO₂)_1-x(RE₂O₃)_x新型的环境可靠颜料，其中RE是Y、Pr和Nd，合成的颜料呈现从黄色到橙红色，其突出反射式在600-800nm范围内，这些颜料中掺杂Y和Sm的试样是最有前途的生态颜料，因为它们具有高的反射率、亮度和着色强度。Kalarical Janardhanan Sreeram等通过适当掺杂，已经研制了Ce–Pr–Mo和Ce–Pr–Fe两种颜料，颜料分别呈现红棕色和红橙色，这些颜料结晶较好，平均颗粒300nm，当用Li₂CO₃做矿化剂时，带隙能从2.21漂移到2.18eV。扫描电镜-能谱x射线分析说明，金属离子分布均匀，近红外反射率高于65%，可以用作冷着色剂。PetraSulcovà合成了Ce_0.95-yPr_0.05Nd_yO_2-y/2颜料，研究了颜料的结构、颜色和在釉料中的稳定性。Kalarical Janardhanan Sreeram等介绍了用作环境友好颜料的稀土混合氧化物，这些颜料用于皮革的着色具有遮盖力强、抗老化、与水混合性好等特点。国内在高近红外反射纳米粉体制备技术方面与国外相比仍有很大差距，报道较少。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，在Y₆MoO₁₂中掺杂Nd³⁺取代Y³⁺制备得到Y-Nd-Mo系列颜料，改变其带隙，提高了Y₆MoO₁₂近红外波段的平均反射率，提供一种新型的纳米高近红外反射陶瓷颜料。

Y-Nd-Mo系列陶瓷颜料是一种新型的高近红外反射纳米陶瓷颜料，其最大的优点除了能够反射太阳光中近红外波段的绝大部分能量外，还具有颜色亮丽，以及在实际使用中很好的耐酸耐碱、耐腐蚀性等。

本发明的技术方案如下。

本发明的高近红外反射纳米陶瓷颜料，由如下步骤制成：

（1）按配比，将氧化钇、氧化钕、氧化钼粉体以无水乙醇为溶剂，球磨混合30～40min；球磨混合后的料浆在50～80℃真空条件下烘干，得混合粉末。

（2）将上述混合粉末在空气气氛下的加热炉中进行无压煅烧，在升温至最高煅烧温度1400～1600℃时保温60～180min；自然冷却。

（3）将上述煅烧后得到的煅烧产物进行破碎过筛，得到颜料粉体；

所述氧化钇55～65份，氧化钕20～30份，氧化钼15份，均以质量计。

本发明的高近红外反射纳米陶瓷颜料的制备方法，包括如下步骤：

所述的氧化钇、氧化钕是纯度大于或等于99.99％的粉体。

所述氧化钼是纯度大于或等于99.9％的粉体。

根据上述方法优选的，步骤（1）所述球磨混合时所用球磨罐内衬和球磨介质均为质量分数为99%的氧化铝陶瓷(以下简称99瓷)。

所用球磨罐选用特定内衬材料是为了减少损耗物的产生，当损耗物掺杂在原料中烧结时易于产生杂质，影响颜料颜色和降低近红外反射率。99瓷做研磨罐内衬，能避免原料在研磨时产生的污染。

根据上述方法优选的，步骤（2）的煅烧分两段进行：在室温～600℃，升温速度10℃/min，600℃时保温30～60min；然后，以5℃/min的速度升至最高煅烧温度1400～1600℃时保温60min～180min。

所述步骤（1）中，球磨混合可以为35min。

所述步骤（1）中，球磨混合后的料浆可以在60℃真空条件下烘干。

所述步骤（1）中，球磨混合后的料浆可以在70℃真空条件下烘干。

所述步骤（2）中，所述最高煅烧温度可以为1500℃。

所述步骤（2）中，所述保温时间可以为150min。

本发明的高近红外反射纳米陶瓷颜料的近红外平均反射率≥92%，d50≤200nm，颜色为淡黄色。

d50：是中位粒径的通用表示，是指粉体材料的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。

NIR：是近红外平均反射率，是在700nm～2500nm波段内颜料反射能量的平均值，以百分数（%）表示。

本发明的有益效果是，以氧化钇、氧化钕、氧化钼粉体为原料，制备具有近红外高反射率的纳米陶瓷颜料粉体。一方面，材料近红外波段反射的根源在于原子内或原子间的电子跃迁，由于掺杂氧化钕，O2p-Mo4d电荷转移跃迁，带隙发生变化，提高了材料近红外反射率；另一方面，由于本发明中的粉体属于纳米级，结构完整、颗粒小而均匀的晶体中，杂质和缺陷的浓度小，减少了对近红外光的吸收，总的反射也会增强。本发明的高近红外反射纳米陶瓷颜料是用于军事方面近红外隐身、房屋降温材料、车辆及其他外壳降温涂覆漆等方面的理想材料。

附图说明

图1是实施例1的产品电子扫描图（SEM）。

图2是实施例3的产品的近红外反射图谱。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

原料的纯度（含量）情况如下：

所述氧化钇、氧化钕粉体，市场购买，纯度≥99.99％。

所述氧化钼粉体，市场购买，纯度≥99.9％。

实施例中所得高近红外反射纳米陶瓷颜料产品的性能测定方法如下：

1、通过常规的电子扫描电镜（SEM）观察所得陶瓷颜料的微观形貌。

2、平均粒径，根据“粒度分析结果的表述第2部分：由粒度分布计算平均粒径/直径和各次矩”测定（GB/T15445.2-2006）。

3、近红外反射率，根据“装甲车辆用T08伪装隐身涂料规范”测定（WJ2534-1999）。

实施例1：

高近红外反射纳米陶瓷颜料的原料组分如下：氧化钇55份，氧化钕30份，氧化钼15份。

制备方法步骤如下：

1、按配比，将氧化钇、氧化钕、氧化钼粉体以无水乙醇为溶剂，球磨混合30min；球磨混合的料浆在60℃真空条件下烘干，得混合粉末。

2、将上述混合粉末在空气气氛下的加热炉中进行无压煅烧，在升温至最高煅烧温度1600℃时保温60min；自然冷却。本领域的技术人员可以进行常规选择。

3、将上述煅烧后得到的煅烧产物进行破碎过筛，得到颜料粉体。

所得产品性能如下：平均近红外反射率为92.85%，平均粒径为156.3nm。

实施例2：

高近红外反射纳米陶瓷颜料的原料组分如下：氧化钇60份，氧化钕25份，氧化钼15份。

制备方法步骤如下：

1、按配比，将氧化钇、氧化钕、氧化钼粉体以无水乙醇为溶剂，球磨混合35min；球磨混合的料浆在70℃真空条件下烘干，得混合粉末。

2、将上述混合粉末在空气气氛下的加热炉中进行无压煅烧，在升温至最高煅烧温度1400℃时保温150min；自然冷却。本领域的技术人员可以进行常规选择。

所得产品性能如下：平均近红外反射率为93.26%，平均粒径为187.6nm。

实施例3：

高近红外反射纳米陶瓷颜料的原料组分如下：氧化钇65份，氧化钕20份，氧化钼15份。

制备方法步骤如下：

1、按配比，将氧化钇、氧化钕、氧化钼粉体以无水乙醇为溶剂，球磨混合40min；球磨混合的料浆在70℃真空条件下烘干，得混合粉末。

2、将上述混合粉末在空气气氛下的加热炉中进行无压煅烧，在升温至最高煅烧温度1500℃时保温180min；自然冷却。本领域的技术人员可以进行常规选择。

所得产品性能如下：平均近红外反射率为92.51%，平均粒径为131.7nm。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种高近红外反射纳米陶瓷颜料，由如下步骤制成：

（1）按配比，将氧化钇、氧化钕、氧化钼粉体以无水乙醇为溶剂，球磨混合30～40min；球磨混合后的料浆在50～80℃真空条件下烘干，得混合粉末；

（2）将上述混合粉末在空气气氛下的加热炉中进行无压煅烧，在升温至最高煅烧温度1400～1600℃时保温60～180min；自然冷却；

（3）将上述煅烧后得到的煅烧产物进行破碎过筛，得到颜料粉体。

2.如权利要求1所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料，其特征是，所述的氧化钇、氧化钕是纯度大于或等于99.99％的粉体。

3.如权利要求1所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料，其特征是，所述氧化钼是纯度大于或等于99.9％的粉体。

4.如权利要求1所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料，其特征是，所述步骤（1）球磨混合时，所用球磨罐内衬和球磨介质均为质量分数为99%的氧化铝陶瓷。

5.如权利要求1所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料，其特征是，所述步骤（2）的煅烧分两段进行：在室温～600℃，升温速度10℃/min，600℃时保温30～60min；然后，以5℃/min的速度升至最高煅烧温度1400～1600℃时保温60min～180min。

6.如权利要求1所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料的制备方法，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料的制备方法，其特征是，所述的氧化钇、氧化钕是纯度大于或等于99.99％的粉体。

8.如权利要求6所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料的制备方法，其特征是，所述氧化钼是纯度大于或等于99.9％的粉体。

9.如权利要求6所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料的制备方法，其特征是，所述步骤（1）球磨混合时，所用球磨罐内衬和球磨介质均为质量分数为99%的氧化铝陶瓷。

10.如权利要求6所述的高近红外反射纳米陶瓷颜料的制备方法，其特征是，所述步骤（2）的煅烧分两段进行：在室温～600℃，升温速度10℃/min，600℃时保温30～60min；然后，以5℃/min的速度升至最高煅烧温度1400～1600℃时保温60min～180min。