RU2716436C1 - ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2 - Google Patents

ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2 Download PDF

Info

Publication number
RU2716436C1
RU2716436C1 RU2019115064A RU2019115064A RU2716436C1 RU 2716436 C1 RU2716436 C1 RU 2716436C1 RU 2019115064 A RU2019115064 A RU 2019115064A RU 2019115064 A RU2019115064 A RU 2019115064A RU 2716436 C1 RU2716436 C1 RU 2716436C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powders
pigment
oxygen
powder
temperature
Prior art date
Application number
RU2019115064A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Михайлович Михайлов
Семен Александрович Юрьев
Алексей Николаевич Лапин
Илья Сергеевич Ващенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority to RU2019115064A priority Critical patent/RU2716436C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2716436C1 publication Critical patent/RU2716436C1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/52—Protection, safety or emergency devices; Survival aids
    • B64G1/54—Protection against radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B1/005—Constitution or structural means for improving the physical properties of a device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/46—Sulfates
    • C01F11/462—Sulfates of Sr or Ba
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
    • C09C1/027—Barium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/06—Treatment with inorganic compounds
    • C09C3/063—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/004—Reflecting paints; Signal paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/03—Powdery paints
    • C09D5/033—Powdery paints characterised by the additives
    • C09D5/035—Coloring agents, e.g. pigments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/26—Thermosensitive paints

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Critical Care (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к терморегулирующим покрытиям и может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности. Пигмент для терморегулирующих покрытий содержит порошок сульфата бария BaSО, модифициранный наночастицами диоксида кремния SiOв количестве 3 мас.%. Удельная поверхность нанопорошка 100 м/г. Обеспечивается увеличение радиационной стойкости. 6 пр., 1 табл.

Description

Изобретение относится к пигментам для терморегулирующих покрытий, предназначенным для поддержания температуры объектов, на которые они нанесены, в том числе для терморегулирующих покрытий, используемых в области пассивных методов регулирования температуры, а именно для терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Изобретение может быть использовано, помимо космической техники, в строительной индустрии, в химической, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для терморегулирования устройств или технологических объектов.
Порошки сульфата бария относятся к пигментам, которые перспективны для приготовления терморегулирующих покрытий, так как обладает большой шириной запрещенной зоны, что обеспечивает малое значение интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (a s). В сочетании с большой интегральной полусферической излучательной способностью (ε) они обеспечивают малое значение отношения as/ε, что позволяет отнести их к перспективным пигментам для ТРП класса «оптические солнечные отражатели». Кроме того, порошки этого соединения обладают относительно высокой радиационной стойкостью, что позволяет использовать их в качестве пигментов ТРП, работающих в условиях действия заряженных частиц космического пространства (КП), Например, на основе пигмента BaSO4 разработано терморегулирующее покрытие класса "солнечные отражатели" [Терморегулирующее покрытие // Патент России №2524384 от 27.07.2014. / Страполова В.Н., Киселева Л.В., Токарь С.В. и др.], предназначенное для использования в системах пассивного или активного терморегулирования внешней поверхности космических аппаратов.
Под действием излучений космического пространства (КП) в сульфате бария образуются радиационные дефекты, что приводит к появлению полос поглощения, обусловленных этими дефектами, уменьшению коэффициента отражения, увеличению коэффициента поглощения as, увеличению доли поглощаемой энергии. Температура космических аппаратов при этом будет повышаться, будет нарушаться тепловые режимы работы приборов и устройств, что приведет к сокращению сроков их активного существования. Для повышения устойчивости порошков сульфата бария к действию излучений КП могут быть применены различные способы, например, способы, разработанные для оксидных пигментов.
Порошки сульфата бария, как и порошки оксидов цинка и алюминия, диоксидов титана и циркония не стехиометричны по кислороду [Кофстад П. Отклонение от стехиометрии, диффузия и электропроводность в простых окислах металлов. М, 1975, 450 с.], и в них под действием излучений образуются центры окраски на биографических анионных вакансиях. Такие порошки, помимо отражающих покрытий космических аппаратов и люминофоров, где они подвержены действию потоков заряженных частиц, широко применяются в качестве пигментов в бытовых условиях (краски, бумага, резины), в которых из ионизирующих факторов действует только солнечное электромагнитное излучение.
Выполненные ранее исследования спектров диффузного отражения (ρλ) и разностных спектров диффузного отражения (Δρλ) терморегулирующих покрытий на основе порошков-пигментов после облучения электронами с энергией 30 кэВ показали, что изменения спектров происходят, в основном, в тех областях спектра, в которой расположены полосы поглощения дефектов анионной подрешетки-полосы F- и F+-центров.
Этими исследованиями показано, что образование фото- или радиационных дефектов происходит по ионизационному механизму. Первичные процессы взаимодействия различных видов излучения с порошками ZnO, TiO2, ZrO2, Al2O3, BaTiO3 качественно одинаковы: образуются электронодырочные пары, дырки движутся к отрицательно заряженной поверхности, нейтрализуют кислород решетки, который покидает поверхность с образованием анионных вакансий сначала в поверхностных слоях, затем в объеме зерен порошков [Михайлов М.М. Научные труды, Том 3. Изд-во Томского университета, 2011 г., 338 с.], [Михайлов М.М. Научные труды, Том 4. Нанотехнологии для повышения фото- и радиационной стойкости отражающих порошков. Изд-во Томского университета, 2014 г., 382 с.].
При малых дозах облучения вклад анионных вакансий в общую концентрацию образованных электронных центров окраски может быть определяющим и даже основным. Поэтому представляются важными исследования, направленные на разработку способов увеличения фото- и радиационной стойкости таких пигментов.
Ранее были получены положительные результаты по повышению стабильности спектров диффузного отражения к облучению электронами с энергией 30 кэВ вследствие изменения гранулометрического состава и удельной поверхности пигмента-порошка рутила [Михайлов М.М., Власов В.А. О размерном эффекте оптических свойств порошков TiO2 // Изв. вузов. Физика, 1998, №12, с. 52-58], [Михайлов М.М. Зависимость оптических свойств от удельной поверхности и размеров зерен порошков диоксида титана. // Журнал прикладной спектроскопии, 2006, т. 73, №1, с. 73-77].
Перспективным представляется способ повышения стабильности оптических свойств оксидных порошков путем окисления поверхности и насыщения объема кислородом. Внедренный кислород, помимо замещения биографических анионных вакансий, может быть поставщиком кислорода взамен уходящего при фотолизе или радиолизе решетки во время облучения обработанных порошков квантами света и заряженными частицами. К настоящему времени известны следующие способы насыщения кислородом поверхности и объема зерен диоксида титана.
Способ №1
В работе [Михайлов М.М. О возможности повышения фото- и радиационной стойкости порошков TiO2 (рутил) прогревом в кислороде // РАН. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007, №35, с. 102-106] представлены результаты исследования одного из самых простых способов окисления порошков и насыщения их кислородом - прогрева порошков в кислороде.
Радиационную стойкость образцов во всем диапазоне солнечного спектра оценивали по изменению интегрального коэффициента поглощения, солнечного излучения (as). Исследования выполняли на пяти образцах, прогретых в различных режимах порошков TiO2 квалификации Р02. Образец №1 не прогревали, образцы №2-№5 прогревали в различных режимах: температуру изменяли в пределах 110-150°С, время прогрева - 17-120 мин., давление кислорода - 0,2-760 мм.рт.ст. Измеряли спектры диффузного отражения до и после облучения (ρλф) флюенсом электронов 2⋅1016 см-2 с энергией 30 кэВ и рассчитывали изменение интегрального коэффициента поглощения Δas.
Выполненными исследованиями показано, что прогрев в кислороде приводит к уменьшению интенсивности полос поглощения дефектов анионной подрешетки (F- и F+-центры, нейтральные анионные вакансии и электроны проводимости) и слабо влияет на образование дефектов катионной подрешетки при облучении электронами обработанных порошков. Определяющую роль в повышении радиационной стойкости пигментов при данных условиях их обработки в кислороде, по-видимому, играет диффузия его в объем зерен порошка. Она зависит и от температуры, и от времени прогрева и для получения высокой радиационной стойкости порошков TiO2 путем прогрева необходимо создать следующие условия: парциальное давления кислорода примерно 10-1 мм.рт.ст., средняя температуры прогрева около 100°С, время прогрева 120 мин. Наибольшее повышение радиационной стойкости, полученное при таких оптимальных условиях обработки составляет 1,4 раза по сравнению с необработанным образцом.
Недостатком данного способа является большие трудо- и энергозатраты, связанные с необходимостью получения высокого вакуума, напуска кислорода и прогрева порошков в его атмосфере. При этом эффективность способа не очень высокая.
Способ №2
Другим способом повышения фото- и радиационной стойкости оксидных пигментов является их обработка ультрафиолетом в кислороде [Михайлов М.М. О возможности повышения фото- и радиационной стойкости порошков TiO2. Обработка ультрафиолетом в кислороде // РАН. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007, №8, с. 82-88].
Эффект уменьшение концентрации анионных вакансий в обработанных порошках может проявляться как во время действия ультрафиолета, так и при последующем облучении электронами обработанных в различных режимах порошков. Если уменьшение анионных вакансий происходит во время действия ультрафиолета, когда осуществляется диссоциация кислорода по реакции
Figure 00000001
то эффект может быть зарегистрирован в спектрах отражения после облучения ультрафиолетом. Если такого проявления не будет, то можно считать, что обработка ультрафиолетом в атмосфере приводит к насыщению решетки атомарным кислородом без замещения им анионных вакансий. Этот кислород будет служить поставщиком кислорода взамен уходящего при облучении, он будет замещать вновь образованные вакансии при облучении пигмента электронами.
Сравнение деградации спектров после облучения электронами образцов квалификации Р02, предварительно обработанных ультрафиолетом в кислороде, с деградацией не обработанных кислородом и не выдержанных в кислороде - «свежих» порошков TiO2, облученных электронами при таких же значениях флюенса и энергии, показывает существенно большую деградацию «свежих» порошков по сравнению с деградацией любого из обработанных образцов. Установлено, что оптимальное время обработки ультрафиолетом в кислороде порошка Р02 составляет 20 мин, при этом улучшение радиационной стойкости по интегральному коэффициенту поглощения составляет 2,2 раза.
Данный способ является высокоэффективным, но обладает существенным недостатком, связанным с необходимостью размещения порошков в вакуумной камере, в которой после получения вакуума следует создать атмосферу кислорода напуском через специальное устройство - натекатель и в ней облучать порошки ультрафиолетом. Материальные и энергозатраты для реализации данного способа заключаются в необходимости приобретения и эксплуатации высоковакуумной система и источника ультрафиолетового излучения.
Способ №3
Указанные в способе №2 недостатки частично устраняются в способе повышения фото- и радиационной стойкости порошков пигментов при обработке ультрафиолетом на воздухе [Михайлов М.М. О возможности повышения радиационной стойкости порошков TiO2 при обработке УФ-облучением на воздухе // РАН. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007, №10, с. 68-72]. Экспериментальное оборудование в этом способе значительно упрощается, так как не требуется вакуумной камеры, необходим только источник ультрафиолетового излучения для насыщения порошков диоксида титана кислородом. Но и эффективность обработки существенно снижается по сравнению со способом №2. Так, Экспериментально установлено, обработка в течение 72 час с интенсивностью в 2 раза превышающей интенсивность излучения Солнца, дает повышение радиационной стойкости всего в 1,23 раза при действии электронов с такими же параметрами, что и в способе №2 (Е=30 кэВ, Ф=2⋅1016 см-2с-1).
Помимо указанных трех способов повышения фото- и радиационной стойкости путем насыщения решетки порошков кислородом, к настоящему времени разработаны способы, основанные на создании на поверхности зерен и гранул слоев других соединений, выполняющих роль центров релаксации первичных продуктов фотолиза и радиолиза и поглощающих часть энергии излучений, падающих порошок - роль защитных слоев.
Способ №4
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении красок, т.е. таких же покрытий, как и в способах №1-№3. Пигментный композит содержит основу из диоксида титана и слои оксидов циркония и алюминия, полученную суспензию нагревают до 46,11-50°С [Патент РФ №2135536: Частицы TiO2 диспергируют в воде, добавляют диспергатор (гексаметафосфат натрия)]. Добавляют раствор H2SO4 для поддержания рН от 7 до 9. Вводят раствор сульфата циркония. Осаждают 0,1-2,5% гидроксида циркония от массы TiO2 в пересчете на ZrO2. Добавляют водный раствор NaOH для поддержания рН от 7 до 9. Вводят водный раствор алюмината натрия. Осаждают 3,5-4% гидроксида алюминия от массы TiO2 в пересчете на Al2O3. Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой и сушат при 110°С. Измельчают. Пигментный композит имеет улучшенные оптические свойства, такие, как рассеяние, блеск, яркость и цвет, а также стойкость.
Способ №5
Изобретение относится к пигментному рутильному диоксиду титана, к способу его получения и может быть использовано в производстве красок, пластмасс и слоистых пластинок на бумажной основе. Сущность изобретения заключается в пигменте, состоящем из частиц диоксида титана с осажденными на них оксидом церия в количестве 0,01-1 мас. % и плотным аморфным диоксидом кремния в количестве 1-8 мас. % от количества диоксида титана [Патент РФ №2099372]. Пигмент может быть дополнительно покрыт гидроксидом алюминия в количестве 2-4 мас. % от количества диоксида титана. Далее добавляют водорастворимый силикат в количестве 1-6 мас. % и минеральную кислоту для осаждения, по крайней мере, при рН 8 плотного аморфного диоксида кремния, при этом шлам непрерывно перемешивают и поддерживают температуру 60-100°С на протяжении всего процесса осаждения. Дополнительно к шламу добавляют водный раствор алюмината натрия и серную кислоту для осаждения гидроксида алюминия. Пигмент по изобретению обладает улучшенной прочностью, улучшенной устойчивостью к фотохимическому разложению.
Общим недостатком способов №4-№5 является многоступенчатость химических реакций и большое число реагентов, необходимых для их осуществления, а также отсутствие данных по качеству наносимых слоев на поверхность зерен порошков диоксида титана, что не позволяет определить целесообразность нанесения последующих слоев, после нанесения предыдущих. Например, в способе №5 после нанесения слоя CeO2 фото - и радиационная стойкость полученной композиции не определялась и не была доказана необходимость нанесение еще слоя SiO2, а в способе №6 после нанесения слоя ZrO2 фото- и радиационная стойкость полученной композиции не определялась и не была доказана необходимость нанесение еще слоя Al2O3.
Радиационную стойкость порошков - пигментов можно увеличить путем удаления с их поверхности физически и химически сорбированных газов и осаждения вместо них молекул кислорода. Для удаления сорбированных газов достаточно прогрева порошков при температуре, обеспечивающей преодоление сил притяжения молекул и разрыв химических связей. Температура десорбции физически сорбированных газов для различных комбинаций молекула газа - тип порошка различная и составляет насколько сотен градусов. Для химически сорбированных газов она выше и колеблется от 400°С до 800°С для различных комбинаций молекула газа - тип порошка [Волькенштейн Ф.Ф. Физикохимия поверхности полупроводников. М: Наука, 1973, 340 с.]. Для осаждения на поверхности и насыщения поверхностных слоев порошков молекулами кислорода достаточно осуществить такой прогрев на воздухе при атмосферном давлении.
Способ №6
Примером увеличения радиационной стойкости порошков - пигментов достигнутого путем прогрева при атмосферном давлении на воздухе являются полученные результаты на порошке диоксида титана [М.М. Mikhailov, S.A. Yuryev, G.E. Remnev, R.V. Sazonov, G.E. Kholodnaya, D.V. Ponomarev. Effect of temperature on radiation resistance of TiO2 powders during heating and modification by SiO2 nanoparticles // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section В: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume 336, 1 October 2014, Pages 96-101 // DOI: 10.1016/j.nimb.2014.07.002 ISSN: 0168-583Х]. В работе выполнен комплекс исследований спектров диффузного отражения и интегрального коэффициента поглощения в солнечном диапазоне и их изменений при облучении порошка диоксида титана, предварительно прогретого в атмосфере при различной температуре. Проведен анализ фазового состава и параметров кристаллической решетки, потерь массы, типов и кинетики изменения концентрации газов, выделяющихся при нагреве порошков, установлена взаимосвязь между изменениями этих свойств и показано положительное влияние прогрева на радиационную стойкость порошков диоксида титана. Прогрев осуществляли при температуре 150, 400, 500, 800 и 1000°С. Определены температурные диапазоны десорбции физически и химически связанных с поверхностью диоксида титана газов. Показано, что основное влияние на увеличение радиационной стойкости оказывает процессы десорбции ОН-групп с поверхности порошка. Предложен способ увеличения радиационной стойкости порошков диоксида титана, заключающийся в прогреве при температуре 800. Данный способ выбран в качестве прототипа.
Способ №7
В качестве прототипа выбрано изобретение «Пигмент на основе порошка BaSO4, модифиицрованного наночастицами SiO2», патент РФ №2677173 от 15.01.2019, в котором порошку BaSO4 добавляют наночастицы SiO2 различных концентраций в диапазоне от 1 до 10 масс. %. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, Р=1 МПа.
Полученные образцы устанавливают на предметном столике установки-имитатора условий КП «Спектр», в установке получают вакуум Р≤10-6 тор, измеряют спектры диффузного отражения в солнечном диапазоне - от 0,25 до 2,5 мкм в исходном состоянии (ρλ0). Затем все образцы последовательно облучают электронами с энергией 30 кэВ флюенсом 1⋅1016 см-2 и после облучения измеряют спектры облученных образцов (ρλt) в вакууме на месте облучения (in situ). По полученным спектрам ρλo рассчитывают интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения до облучения (aso) и после облучения (ast) каждого порошка. Коэффициент поглощения as рассчитывают по формуле (1):
Figure 00000002
где Rs - среднеарифметическое значение коэффициента диффузного отражения, рассчитанное по 24 точкам на длинах волн, соответствующих равноэнергетическим участкам спектра излучения Солнца; Iλ - спектральная интенсивность излучения солнца; (λ1-λ2) - спектральный диапазон излучения Солнца; n - число точек на шкале длин волн, в которых рассчитывали значения коэффициента диффузного отражения
Изменение коэффициент поглощения as после облучения определяют по разности его значений до (as0) и после (аsф) облучения : Δas=as0-аsф. Получают зависимость значений Δas от времени облучения, что является мерой радиационной стойкости порошков.
Результаты расчетов изменений коэффициента поглощения Δas по экспериментально полученным спектрам диффузного отражения до и после облучения ускоренными электронами с энергией 30 кэВ флюенсом 1⋅1016 см-2 при температуре 25°С порошков показывают, что наибольшей радиационной стойкостью обладает порошок BaSO4, модифицированный наночастицами SiO2 при концентрации 3 масс. %.
В предлагаемом изобретении с целью увеличения радиационной стойкости осуществляют модифицирование пигмента BaSO4 инаночастицами SO2 в количестве 3 масс. 3% с различной удельной поверхностью с целью определения ее оптимального значения.
Пример 1
К порошку BaSO4 добавляют дистиллированную воду, диспергируют в магнитной мешалке Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, Р=1 МПа, прогревают 2 час при температуре 400°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Пример 2
Порошок BaSO4 смешивают с нанопорошком SO2 с удельной поверхностью 60 м2/гр. в количестве 3 масс. %, добавляют дистиллированную воду, диспергируют в магнитной мешалке, прогревают 2 час при температуре 400°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Пример 3
Порошок BaSO4 смешивают с нанопорошком SO2 с удельной поверхностью 100 м2/гр. в количестве 3 масс. %, добавляют дистиллированную воду, диспергируют в магнитной мешалке, прогревают 2 час при температуре 400°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Пример 4
Порошок BaSO4 смешивают с нанопорошком SO2 с удельной поверхностью 110 м2/гр. в количестве 3 масс. %, добавляют дистиллированную воду, диспергируют в магнитной мешалке, прогревают 2 час при температуре 400°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Пример 5
Порошок BaSO4 смешивают с нанопорошком SO2 с удельной поверхностью 115 м2/гр. в количестве 3 масс. %, добавляют дистиллированную воду, диспергируют в магнитной мешалке, прогревают 2 час при температуре 400°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Пример 6
Порошок BaSO4 смешивают с нанопорошком SO2 с удельной поверхностью 150 м2/гр. в количестве 3 масс. %, добавляют дистиллированную воду, диспергируют в магнитной мешалке, прогревают 2 час при температуре 400°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Полученные в примерах 1-6 образцы устанавливают на предметном столике установки - имитатора условий КП «Спектр», получают вакуум в камере установки не хуже 10-6 тор, измеряют спектры диффузного отражения в солнечном диапазоне - от 0,25 до 2,5 мкм в исходном состоянии (ρλ0). Затем все образцы последовательно облучают электронами с энергией 30 кэВ и измеряют спектры облученных образцов (ρλt) в вакууме на месте облучения - in situ. По полученным спектрам ρλo рассчитывают интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения до облучения (aso) по формуле (1).
После каждого периода облучения рассчитывают по спектрам диффузного отражения интегральный коэффициента поглощения солнечного излучения облученных порошков (аsф), а его изменение после облучения определяют по разности значений коэффициента поглощения до (as0) и после облучения: Δas=аsф-as0. Получают зависимость значений Δas от флюенса электронов, что является мерой радиационной стойкости порошков.
Результаты расчетов изменений коэффициента поглощения Δas, по экспериментально полученным спектрам диффузного отражения до и после облучения ускоренными электронами с энергией 30 кэВ флюенсом 2⋅1016 см-2 при температуре 25°С приведены в таблице.
Figure 00000003
Из таблицы следует, что значения Δas модифицированных порошков меньше по сравнению с не модифированным. Наименьшее значение получено для порошка, модифицированного наночастицами SiO2 с удельной поверхностью 100 м2/гр.

Claims (1)

  1. Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов класса «солнечные оптические отражатели», приготовленный из порошка сульфата бария, модифицированного наночастицами SiO2 в количестве 3 мас.%, отличающийся тем, что с целью увеличения радиационной стойкости используют нанопорошок с удельной поверхностью 100 м2/г.
RU2019115064A 2019-05-16 2019-05-16 ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2 RU2716436C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115064A RU2716436C1 (ru) 2019-05-16 2019-05-16 ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115064A RU2716436C1 (ru) 2019-05-16 2019-05-16 ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2716436C1 true RU2716436C1 (ru) 2020-03-11

Family

ID=69898698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019115064A RU2716436C1 (ru) 2019-05-16 2019-05-16 ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2716436C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2036208C1 (ru) * 1992-08-14 1995-05-27 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Композиция для терморегулирующего покрытия класса "солнечные отражатели"
RU2421490C1 (ru) * 2009-10-12 2011-06-20 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") Терморегулирующее покрытие класса "солнечные отражатели"
CN101781508B (zh) * 2010-01-18 2012-03-28 中国海洋石油总公司 大功率核电站用环氧防护涂料体系
CN102675917B (zh) * 2005-12-21 2015-10-28 埃卡特有限公司 反射红外辐射的白色颜料、其制造及其用途
RU2677173C1 (ru) * 2018-05-23 2019-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2036208C1 (ru) * 1992-08-14 1995-05-27 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Композиция для терморегулирующего покрытия класса "солнечные отражатели"
CN102675917B (zh) * 2005-12-21 2015-10-28 埃卡特有限公司 反射红外辐射的白色颜料、其制造及其用途
RU2421490C1 (ru) * 2009-10-12 2011-06-20 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") Терморегулирующее покрытие класса "солнечные отражатели"
CN101781508B (zh) * 2010-01-18 2012-03-28 中国海洋石油总公司 大功率核电站用环氧防护涂料体系
RU2677173C1 (ru) * 2018-05-23 2019-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Albert et al. Antibacterial properties of Ag–TiO 2 composite sol–gel coatings
RU2527262C2 (ru) Пигмент на основе модифицированного порошка диоксида титана
Scuderi et al. Rapid synthesis of photoactive hydrogenated TiO2 nanoplumes
Mikhailov et al. Thermal control coatings based on pigments modified with Al2O3 nanoparticles
Yudasari et al. Pulse laser deposition (PLD) technique for ZnO photocatalyst fabrication
Mikhailov et al. Effect of modifying TiO2 powdert with SiO2 and ZrO2 nanoparticles on its composition, structure, optical properties, and on the alteration of these parameters under solar spectrum quanta
Allen et al. Characterisation and photocatalytic assessment of TiO2 nano-polymorphs: Influence of crystallite size and influence of thermal treatment on paint coatings and dye fading kinetics
RU2677173C1 (ru) Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2
RU2716436C1 (ru) ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2
Caldas et al. Fabrication of CN-HAp heterostructures from eggshells with improved photocatalytic performance in degrading of mixing dyes under sunlight
Mikhailov et al. Effect of atmosphere on recovery of diffuse reflection spectra of ZnO powder modified with nanoparticles upon irradiation in vacuum
RU2555484C2 (ru) Пигмент на основе порошка диоксида титана, модифицированного наночастицами
RU2691328C1 (ru) Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов
RU2656660C1 (ru) ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ РАДИАЦИОННОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ BaTiZrO3
Mikhailov et al. On the radiation stability of BaSO4 pigment modified with SiO2 nanoparticles and applied for spacecraft thermal control coatings
Mohseni-Salehi et al. Study on cytotoxicity and photocatalytic properties of different titania/hydroxyapatite nanocomposites prepared with a combination of sol–gel and precipitation methods
Mikhailov et al. Effect of SiO2 nanoparticles sizes on the optical properties and radiation resistance of powder mixtures ZrO2 with micron sizes
RU2678272C1 (ru) ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ ZrO2
Mikhailov et al. Proton irradiation effects on ZnO pigments modified by ZrO2 nanopowders
Mikhailov et al. Optical properties and photostability of silicon dioxide powders modified with SiO2 hollow particles and nanoparticles of various oxides
Onoda et al. Preparation of titanium phosphate white pigments with titanium sulfate and their powder properties
Domaradzki et al. Photocatalytic properties of Ti–V oxides thin films
Chae et al. Photocatalytic effects of plasma-heated TiO 2− x particles under visible light irradiation
Mikhailov et al. Photostability of coatings based on TiO2 (Rutile) doped with potassium peroxoborate
Malkov et al. The effect exerted by temperature on the phase formation of titanium oxide layer on silica surface at different stages of molecular layering

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200826

Effective date: 20200826