【摘 要】
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抗静电热控涂层在航天航空、电子电力、石油化工等领域有着重要应用。白色导电粉体是抗静电热控涂层的主要成分,一直是材料研究领域的重要方面。常见的导电粉体包括掺杂Zn O、In2O3、Sn O2等。其中,掺杂Zn O粉体具有导电性能好、白度高、稳定性强、成本低的特点,是白色导电粉体的首选。掺杂Zn O导电粉体材料的制备方法有共沉淀、水热合成、溶胶凝胶等,这些方法制备过程复杂,不利于大规模生产。本文中针对
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抗静电热控涂层在航天航空、电子电力、石油化工等领域有着重要应用。白色导电粉体是抗静电热控涂层的主要成分,一直是材料研究领域的重要方面。常见的导电粉体包括掺杂Zn O、In2O3、Sn O2等。其中,掺杂Zn O粉体具有导电性能好、白度高、稳定性强、成本低的特点,是白色导电粉体的首选。掺杂Zn O导电粉体材料的制备方法有共沉淀、水热合成、溶胶凝胶等,这些方法制备过程复杂,不利于大规模生产。本文中针对Zn O导电粉体制备工艺中的存在的问题,提出了一种喷雾干燥法与高温烧结方式联合制备高电导率、高白度粉体的方法,研究了导电粉体的工艺参数对其电阻率、白度、太阳吸收比的影响规律,探究了导电粉体材料的导电机理。主要研究内容包括以下两个方面:1、喷雾干燥与高温烧结制备高白度Zn O导电粉体材料及其光电性质研究。采用喷雾干燥方法,以锌和镓混合盐溶液与Zn O纳米颗粒混合作为前驱体,制备混合金属盐包裹Zn O纳米晶材料,再通过空气和真空环境高温烧结方法制备高白度Zn O导电粉体材料。通过发光光谱、漫反射光谱和电阻测试对比分析,研究了混合盐溶液中镓掺杂浓度、混合盐溶液浓度、Zn O纳米颗粒尺寸、高温退火气氛和温度对Zn O导电粉体光电性质的影响规律。研究发现,镓掺杂浓度和高温烧结的温度是调控Zn O导电粉体的关键参数。当混合盐浓度为1.875mol/L、Ga掺杂浓度为4mol%时,经过空气1000℃和真空800℃两步退火,得到导电粉体的白度和太阳吸收比分别是74%和41%,电阻率最低达到1.95Ω?m,与商用产品性能接近。2、高温烧结过程中碳还原剂对Zn O导电粉体光电性质的影响研究。在不改变其他制备方式的前提下,为提高烧结效率,尝试使用还原性剂代替真空烧结工艺。首先,将石墨烯作为还原剂添加混合溶液前驱体中,再经过惰性气氛烧结制备出Zn O导电粉体;研究了Zn O导电粉体光电性质随烧结温度的变化规律,探究了石墨烯的还原作用机制。其次,为降低高温烧结温度,在使用石墨烯和氮氢气氛两种还原剂的情况下烧结制备高导电率Zn O粉体;研究了碳与氢气共同作用下,Zn O导电粉体的光电性质随石墨烯添加量和烧结温度的变化,确定了优化烧结气氛和温度。研究表明,还原性剂能够有效代替真空烧结,提高Zn O导电粉体的电导率,降低烧结温度和能耗;在500℃的下,可以达到原来经过真空900℃烧结后的粉体电阻率,此时粉体电阻率为2Ω?m、白度和吸收比分别为85.5%和33.2%。当温度升高到700℃时,导电粉体的最佳电阻率为0.004Ω?m,白度和吸收比分别为79.5%和47.5%。
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