【摘 要】
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太阳能是一种可再生能源,在给人们带来好处的同时,也产生了严重的负面影响。尤其是建筑屋顶和外墙吸收大量的太阳辐射使得城市中心温度高于郊区温度3-5℃,从而产生“城市热岛效应”,严重增加空调制冷能耗。建筑屋顶和外墙应用高近红外反射颜料是缓解“城市热岛效应”最有效策略之一,而目前市面上近红外反射颜料颜色单一,近红外反射率低,含有毒元素。因此,制备颜色鲜艳和环境友好的高近红反射颜料迫在眉睫。本文采用溶液燃
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(NO.21761020NO.51464033);
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太阳能是一种可再生能源,在给人们带来好处的同时,也产生了严重的负面影响。尤其是建筑屋顶和外墙吸收大量的太阳辐射使得城市中心温度高于郊区温度3-5℃,从而产生“城市热岛效应”,严重增加空调制冷能耗。建筑屋顶和外墙应用高近红外反射颜料是缓解“城市热岛效应”最有效策略之一,而目前市面上近红外反射颜料颜色单一,近红外反射率低,含有毒元素。因此,制备颜色鲜艳和环境友好的高近红反射颜料迫在眉睫。本文采用溶液燃烧法制备了Al3Fe5-xAlxO12(x=0,0.25,0.50,0.75,1.00),La2W2-xFexO9-σ(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)和Zn1-xAxWO4(A=Co,Mn,Fe)三种高近红外反射颜料,研究了掺杂比例、煅烧温度、煅烧时间、燃料比例等反应条件对颜料物相、形貌、颜色、粒度分布和近红外反射率等性能的影响,并初步将合成的颜料制成热反射型隔热涂料,对其隔热性能进行了测试与能耗模拟。实验结果表明:(1)Al3Fe5-xAlxO12(x=0,0.25,0.50,0.75,1.00)颜料具有稳定的石榴石型结构,颗粒形貌为米粒状,粒径大小约200 nm,并且具有良好的耐高温性能和耐酸碱性能(△E*<5)。Al3Fe4Al O12颜料在保持鲜艳的颜色的同时(L*=78.72,a*=-4.05,b*=40.04),近红外反射率高达87.66%。随着煅烧温度的增加和煅烧时间的延长,近红外反射率均有所提高,但颜色会变暗。将Al3Fe4Al O12颜料制成涂层后将其放在红外灯下照射5分钟,其表面温度比颜色相近的商业颜料涂层低7.6℃,隔热效果明显。(2)La2W2-xFexO9-σ颜料随着掺杂比例的增加,发生α相到β相的转变,颗粒形貌从椭球状变为块状。代表性的La2W1.85Fe0.15O9-σ颜料具有最高可达89.25%的近红外反射率和优异的颜色(L*=74.20,a*=22.69,b*=22.42),良好的化学稳定性为其在建筑涂料中应用提供保障。能耗模拟结果表明在223.17 m~2的建筑外墙刷涂该反射型隔热涂料,每月可节省7.32美元的电费,节能效果明显。(3)制备的Zn1-xAxWO4(A=Co,Mn,Fe)颜料具有蓝色、黄色、棕色、浅绿色等颜色,并且近红外反射率均在85%以上。掺入过渡金属后,并未改变Zn WO4基质的黑钨矿结构。Zn WO4在紫外光区的吸收主要是由于配体-金属电荷从O 2p的非键轨道转移到W 5d反键轨道。掺入Co2+(3d~7)、Mn2+(3d~5)、Fe3+(3d~5)过渡金属离子取代Zn2+,产生d-d跃迁和A2+的3d轨道与W 5d轨道之间发生电荷转移,带来鲜艳的颜色。更重要的是,这些颜料具有良好的热稳定性和化学稳定性(△E*<5),可适用复杂的应用环境。综上所述,本文所制备的三种高近红外反射颜料具有优异的隔热性能,在热反射型隔热涂料颜填料研究领域具有巨大的研究意义和价值。
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