RU2429264C2 - Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий - Google Patents
Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2429264C2 RU2429264C2 RU2009141151/05A RU2009141151A RU2429264C2 RU 2429264 C2 RU2429264 C2 RU 2429264C2 RU 2009141151/05 A RU2009141151/05 A RU 2009141151/05A RU 2009141151 A RU2009141151 A RU 2009141151A RU 2429264 C2 RU2429264 C2 RU 2429264C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pigment
- coatings
- bati
- temperature
- reflecting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Paints Or Removers (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к новым пигментам для светоотражающих покрытий и может найти применение в летательных аппаратах космической техники, в широких отраслях промышленности, а также для теплосбережения зданий. Сущность изобретения заключается в том, что пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий содержит титанат бария, в котором катионы титана частично замещены ионами циркония до получения твердого раствора формулы BaTi(1-x)ZrxO3, где x имеет значение x≤0,5. Предложенный пигмент обладает повышенной на 10-30% отражательной способностью в области спектра от 450 до 900 нм по сравнению с ближайшим по структуре пигментом на основе титаната бария с модифицирующей добавкой олова. 6 ил.
Description
Изобретение относится к светоотражающим покрытиям класса «солнечные отражатели». Такие покрытия могут быть использованы для терморегулирования космических аппаратов, для термостабилизации технологических процессов, происходящих в химических ректорах, в технологических емкостях пищевой, легкой и других отраслях промышленности, а также для теплосбережения жилых и производственных зданий.
Наиболее примечательной областью применения таких покрытий являются космические аппараты. В них из трех видов передачи тепла (теплопроводность, конвекция и излучение) возможен только один - излучение, так как аппараты не имеют контакта ни через твердое тело (отсутствует контакт с объектами), ни через газ (аппарат находится в глубоком вакууме).
Все известные к настоящему времени светоотражающие покрытия типа эмалей или керамических покрытий, используемые в космической технике состоят на 70-85% из пигмента и на 15-30% из связующего. В качестве пигментов используются порошки таких соединений, как: оксид цинка, диоксид титана, диоксид циркония, оксид алюминия, ортатитанат цинка и их смеси. Излучательная способность (ε) таких пигментов и покрытий, изготовленных на их основе, в зависимости от температуры или постоянна, или незначительно изменяется по линейному закону (с ростом температуры она увеличивается) [Тепловой обмен и тепловой режим космических аппаратов. Под ред. Дж.Лукаса; Пер. с англ. под ред. Н.А.Анфимова. - М.: Мир, 1974, 524 с.; Городецкий А.А., Демидов С.А., Иванченков А.С. и др. Исследование терморегулирующих покрытий на орбитальной космической станции «Салют-6» // Модель космоса. М.: МГУ, 1983, т.2, с.394-416; Новицкий Л.А., Степанов Б.М. Оптические свойства материалов при низких температурах. Справочник. М. Машиностроение, 1980, 224 с.; Михайлов М.М. Спектры отражения терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Томск, издательство Томского университета, 2007, 314 с.; Peters S.T. Spacecraft thermal control surfaces // In: Sampe Journal, s.1, 1971, v.7, №2, pp.33-34].
В то же время светоотражающие покрытия с течением времени подвержены фото- и радиационной деградации, т.е. у них снижается интегральный коэффициент отражения в солнечном диапазоне спектра (Rs) и увеличивается интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения (as=1-Rs), что ухудшает терморегулирующие свойства покрытий. Эти процессы к настоящему времени хорошо известны, и основные усилия специалистов, занимающихся созданием и исследованиями терморегулирующих покрытий, направлены на разработку способов повышения их фото- и радиационной стойкости. Однако повышение стойкости покрытий не решает полностью проблемы термостабилизации объектов, так как, во-первых, деградация все равно происходит, хотя и с меньшей скоростью, а во-вторых, температура объекта зависит не только от состояния покрытия, но и от того, находится ли он в тени или на солнце.
Известен пигмент для светоотражающих покрытий на основе титаната бария с модифицирующими добавками, в котором катионы титана частично замещены ионами олова с общей формулой BaTi1-ySnyO3 [Михайлов М.М. Термостабилизирующие покрытия на основе порошков BaTi1-ySnyO3 // Изв. вузов, Физика, 2009, №2, с.93-94]. Излучательная способность ε этого пигмента в области рабочей температуры (в диапазоне от -10 до +80°C) испытывает резкий скачок за счет фазового перехода: она изменяется от значений, характерных для металлов (ε=0,1-0,4), до значений, характерных для диэлектриков (ε=0,7-0,95). То есть при повышении температуры покрытия из-за каких-то внешних факторов резко увеличивается его излучательная способность, что приводит к увеличению излучаемой тепловой энергии и снижению температуры. Понижение температуры покрытия ниже рабочей также вызывает скачкообразное снижение излучательной способности покрытия. Это приводит к уменьшению излучаемой энергии, к повышению температуры до прежнего уровня, т.е. к ее стабилизации. В результате покрытие обеспечивает стабилизацию температуры в рабочей области объекта, на поверхности которого оно находится. Даже если происходит деградация покрытия, ухудшение его отражательной способности, увеличение коэффициента поглощения и повышение температуры, то одновременно происходит увеличение ε и последующее снижение температуры. И в этом случае пигмент и отражающее покрытие на его основе проявляют термостабилизирующие свойства. Указанный пигмент выбран за прототип.
Как показали исследования авторов, покрытие на основе BaTi1-ySnyO3 имеет относительно невысокий (около 0,8) коэффициент диффузного отражения в видимой области спектра, уменьшающийся до 0,6 в ближней ИК области. Уменьшение диффузного коэффициента отражения ухудшает оптические свойства таких покрытий. Таким образом, задачей изобретения является создание пигмента для светоотражающих покрытий, обладающего, наряду с ярко выраженными термостабилизирующими свойствами, также и хорошими отражающими свойствами.
Техническим результатом изобретения является повышение отражательной способности пигмента для отражающих термостабилизирующих покрытий в видимой и ближней ИК областях спектра.
Для достижения указанного результата пигмент для термостабилизирующих покрытий, как и прототип, содержит соединения титаната бария с модифицирующими добавками. В отличие от прототипа в качестве модифицирующих добавок выбран диоксид циркония, катионы которого частично замещают ионы титана с образованием твердого раствора BaTi(1-x)ZrxO3, где x имеет значение x≤0,5. Это то значение, при котором в катионной подрешетке ионов титана будет не меньше, чем ионов замещающего элемента циркония, и соединение будет еще проявлять свойства титаната бария.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на фиг.1, 2 и 3 приведены зависимости излучательной способности ε от температуры пигмента на основе соединений титаната бария, в которых ионы титана частично замещены ионами циркония с различным соотношением последних (показаны квадратиками). На этих же графиках кружочками показана температурная зависимость излучательной способности пигмента-прототипа, в котором ионы титана замещены ионами олова. Фиг.1 демонстрирует данные для соединений BaTi0,9Zr0,1O3 (x=0,1) и BaTi0,9Sn0,1O3. На фиг.2 те же графики даны для соединений BaTi0,85Zr0,15O3 (x=0,15) и BaTi0,85Sn0,15O3, а на фиг.3 - для соединений BaTi0,8Zr0,2O3 (x=0,2) и BaTi0,8Sn0,2O3.
На фиг.4 показаны спектральные зависимости коэффициента диффузного отражения для соединений BaTi0,9Sn0,1O3 (кривая 2) и BaTi0,9Sn0,1O3 (кривая 1). На фиг.5 даны спектральные зависимости коэффициента диффузного отражения для соединений BaTi0,85Zr0,15O3 (кривая 2) и BaTi0,85Sn0,15O3 (кривая 1), а на фиг.6 - для соединений BaTi0,8Zr0,2O3 и BaTi08Sn0,2O3, обозначенные так же.
Изобретение будет рассмотрено на конкретных примерах.
Пример 1. Пигмент BaTi0,9Zr0,1O3 (x=0,1) получали смешиванием необходимого количества весовых частей BaCO3, ZrO2 и TiO2 с дальнейшим прогревом смеси до получения твердого раствора.
График зависимости излучательной способности от температуры этого пигмента приведен на фиг1. Здесь же приведен аналогичный график для прототипа, в котором модифицирующей добавкой является олово. Как видно из графиков, заявляемый пигмент имеет достаточно четкую область резкого роста ε. Диапазон рабочих температур составляет от -10 до +80°С и ε меняется от 0,45 до 0,75.
Спектральная зависимость коэффициента диффузного отражения показана на фиг.4. Как видно из фиг.4, коэффициент отражения во всем спектральном диапазоне от 450 до 900 нм составляет примерно 90%, что значительно выше, чем у прототипа.
Пример 2. Пигмент BaTi0,85Zr0,15O3 (x=0,15) получали смешиванием необходимого количества весовых частей BaCO3, ZrO2 и TiO2 с дальнейшим прогревом смеси до получения твердого раствора.
График зависимости излучательной способности ε от температуры этого пигмента приведен на фиг.2. Видно, что рабочий диапазон температур у него уже, чем у пигмента-прототипа, и кривая имеет более крутой фронт. Это означает, что термостабилизирующие свойства заявляемого пигмента лучше, чем у прототипа. Из спектров диффузного отражения заявляемого пигмента и пигмента-прототипа, приведенных на фиг.5, следует, что коэффициент отражения заявляемого пигмента выше, чем у прототипа, на разных участках спектра на 10-20%.
Пример 3. Пигмент BaTi0,8Zr0,2O3 (x=0,2) получали смешиванием необходимого количества весовых частей BaCO3, ZrO2 и TiO2 с дальнейшим прогревом смеси до получения твердого раствора.
График зависимости излучательной способности от температуры этого пигмента приведен на фиг.3. Здесь рабочий диапазон температур несколько шире, чем у прототипа, но в температурном диапазоне -40 - +50°С также имеется резкий скачок ε от 0,42 до 0,7. Сравнение отражательной способности пигментов на фиг.6 показывает, что коэффициент отражения заявляемого пигмента, особенно в длинноволновой области, на 30 и более процентов больше, чем у прототипа.
Таким образом, пигмент Ba(1-x)ZrxTiO3, обладая свойством термостабилизации не хуже, чем у прототипа, имеет гораздо более высокую отражательную способность в спектральной области 450-900 нм.
Claims (1)
- Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий на основе соединений титана бария с модифицирующими добавками, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки выбран диоксид циркония, катионы которого частично замещают ионы титана с образованием твердого раствора BaTi(1-x)ZrxO3, где x имеет значение x≤0,5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009141151/05A RU2429264C2 (ru) | 2009-11-06 | 2009-11-06 | Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009141151/05A RU2429264C2 (ru) | 2009-11-06 | 2009-11-06 | Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009141151A RU2009141151A (ru) | 2011-05-20 |
RU2429264C2 true RU2429264C2 (ru) | 2011-09-20 |
Family
ID=44733313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009141151/05A RU2429264C2 (ru) | 2009-11-06 | 2009-11-06 | Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2429264C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2527262C2 (ru) * | 2012-10-09 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Пигмент на основе модифицированного порошка диоксида титана |
RU2656660C1 (ru) * | 2016-11-07 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ РАДИАЦИОННОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ BaTiZrO3 |
RU2678272C1 (ru) * | 2018-04-20 | 2019-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ ZrO2 |
RU2691328C1 (ru) * | 2018-04-20 | 2019-06-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов |
-
2009
- 2009-11-06 RU RU2009141151/05A patent/RU2429264C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МИХАЙЛОВ М.М. Известия ВУЗов. Физика, 2009, №2, с.93-94. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2527262C2 (ru) * | 2012-10-09 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Пигмент на основе модифицированного порошка диоксида титана |
RU2656660C1 (ru) * | 2016-11-07 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ РАДИАЦИОННОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ BaTiZrO3 |
RU2678272C1 (ru) * | 2018-04-20 | 2019-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ ZrO2 |
RU2691328C1 (ru) * | 2018-04-20 | 2019-06-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009141151A (ru) | 2011-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2305615B1 (en) | Panel including thermochromic layer | |
RU2429264C2 (ru) | Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий | |
JP4370396B2 (ja) | 多機能自動調光断熱ガラス及び空調方法 | |
US20120301642A1 (en) | Smart window | |
Koo et al. | The effect of CeO 2 antireflection layer on the optical properties of thermochromic VO 2 film for smart window system | |
EP2514724A2 (en) | Thermochromic substrate and pair-glass with thermochromic thin film | |
US9671137B2 (en) | Absorbent material and solar panel using such a material | |
JP6898986B2 (ja) | 窓戸用機能性建材 | |
US8889219B2 (en) | Thermochromic material and fabrication method | |
US11268704B2 (en) | Oven having a dielectrically coated glass substrate that absorbs electromagnetic radiation and emits heat radiation into the oven cavity | |
CN103443043A (zh) | 具有高温稳定低能层的玻璃或玻璃陶瓷产品 | |
Ibrahim et al. | Solar selective performance of metal nitride/oxynitride based magnetron sputtered thin film coatings: a comprehensive review | |
KR20120122449A (ko) | 차폐기능 조절 가능한 저방사 유리 및 그 제조방법 | |
JP2019528228A (ja) | 窓戸用機能性建材 | |
Dan et al. | Colored selective absorber coating with excellent durability | |
JP2018135260A (ja) | コーティングされた保護ウインドウ | |
RU2395547C2 (ru) | Пигмент для светоотражающих покрытий | |
Shen et al. | Infrared emissivity of Sr doped lanthanum manganites in coating form | |
Cuce et al. | Thin film coated windows towards low/zero carbon buildings: Adaptive control of solar, thermal, and optical parameters | |
Dwivedi et al. | Infrared radiation and materials interaction: Active, passive, transparent, and opaque coatings | |
Naganuma et al. | Temperature dependence of thermal energy reflection in layered oxide ceramic for thermal energy window coating | |
Zinchenko et al. | Structural and spectral features of Germanium–based interference optics for infrared range of spectrum | |
Vishnu et al. | Near-infrared reflecting yellow inorganic pigments based on molybdenum-doped yttrium cerate: synthesis, characterization, and optical properties | |
Sheemol et al. | Optically Transparent Polymer Coating Embedded with IR Reflective Rare Earth Yellow Pigment:-Innovative Strategy for Cool Windows | |
JP4665153B2 (ja) | 高性能自動調光遮熱ガラス調光層膜厚の決定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141107 |