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简析隔热纳米铟复合氧化物透明隔热材料制备与性能要求

收藏本文 2024-03-04 点赞:7781 浏览:23401 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:透明隔热材料因其能对光线选择性透过又起到隔热效果以达到节能环保的目的而日益受到人们的关注。铟锡氧化物(ITO)是一种理想的透明隔热材料,如何提升其隔热性能是一个非常关键的不足。同时,ITO中In是稀有金属,其昂贵的限制了ITO的运用前景,如果能找到一种成本较低的材料来替代它,将会扩大透明隔热材料的运用。而掺铟氧化锌(ZIO)同样能阻隔红外线并对可见光有较高的透过率,其成本较低,制备工艺简单,是替代ITO的理想材料。为了提升ITO透明隔热材料的隔热性能,本论文以源头着手,采取更加优良的制备策略溶剂热-煅烧法来制备高性能的ITO纳米粒子。同时,为了减少对环境的污染,本论文将ITO纳米粒子分散在水中制备ITO浆料和涂料,之后提拉镀膜。探讨了溶剂热反应温度和时间对ITO粉体的晶体结构、表面形貌和电学性能的影响。发现随着溶剂热反应温度的升高,粉体的形貌先由截角八面体形状微小颗粒转变为由小粒子组装成的空心管状结构,之后再逐渐转变为由小粒子组装的棒状结构;随着溶剂热反应时间的延长,粉体的形貌则以多孔纳米片向纳米棒转变。粉体形貌随溶剂热温度和时间转变的反应机理也进行了探讨。同时,还探讨了溶剂热反应温度对制备的涂层的光学性能和隔热性能的影响,并将溶剂热-煅烧法对应的涂层和沉淀法对应的涂层的光学性能和隔热性能作比较。发现与以沉淀法制备的ITO粉体为颜填料的ITO纳米复合涂层相比,大部分溶剂热-煅烧法对应的涂层的可见光透过率高,而红外透过率低,隔热效果好。在各溶剂热温度中,120℃对应的涂层的平均可见光透光率为70%,红外透过率最低,在整个红外光范围内的透光率都在10%以内,隔热效果最好,是溶剂热温度的最佳值。为了降低透明隔热材料的成本,本论文探讨了成本较低的ZIO透明隔热涂层。探讨表明用提拉法制备的不同In掺杂量的ZIO涂层中,当以NaOH和氨水为沉淀剂制备粉体时,In掺杂量为1%的涂层的平均可见光透过率最高,分别为87%和84%,红外透过率最低,都在70%以内,隔热性能最好;而以尿素为沉淀剂时In掺杂量为3%的涂层的平均可见光透过率最高,达75%,红外透过率最低,在全部波长范围内都小于50%,隔热性能最好。尿素浓度同样对涂层的光学性能和隔热性能有影响,尿素浓度为2mol/L对应的涂层的透明性和隔热性能最优。与ITO涂层相比,在本论文所获得的最优工艺条件下制备的ZIO涂层可见光透过率与ITO涂层相差不大,均在75%左右,而阻隔红外线性能稍差,前者为50%,而后者为10%,但隔热性能稍好,最后达到的平衡温度前者比后者低1.5℃左右,而其成本却远远低于ITO,由此ZIO涂层是替代ITO透明隔热涂层的理想材料。关键词:透明论文隔热论文ITO论文ZIO论文

    摘要3-5

    ABSTRACT5-7

    目录7-9

    第一章 文献综述9-19

    1.1 引言9-10

    1.2 纳米透明隔热材料的材料结构及隔热机理10-11

    1.2.1 纳米无机材料的选择10-11

    1.2.2 隔热机理11

    1.3 透明隔热涂层材料的制备技术11-17

    1.3.1 功能纳米粒子的制备12

    1.3.2 浆料和涂料制备技术12-14

    1.3.3 涂层的制备技术14-17

    1.4 本课题的探讨内容与作用17-19

    第二章 实验策略及表征19-32

    2.1 实验原料与设备19-20

    2.1.1 主要原料与试剂19

    2.1.2 主要仪器及设备19-20

    2.2 ITO纳米粉体的实验与表征策略20-24

    2.2.1 溶剂热-煅烧法制备ITO纳米粉体20-21

    2.2.2 共沉淀法制备ITO纳米粉体21-23

    2.2.3 ITO纳米粉体的性能表征23-24

    2.3 ZIO纳米粉体的实验与表征策略24-28

    2.3.1 沉淀法制备ZIO纳米粉体24-27

    2.3.2 水热法制备的ZIO纳米粉体27

    2.3.3 ZIO纳米粉体的表征策略27-28

    2.4 水性浆料、涂料的制备及其稳定性的表征28-29

    2.4.1 粉体的亲水性检测28

    2.4.2 水性浆料的制备28-29

    2.4.3 水性浆料稳定性的表征29

    2.4.4 水性涂料的制备29

    2.5 纳米复合涂层的制备与表征29-32

    2.5.1 纳米复合涂层的制备29-30

    2.5.2 纳米复合涂层的性能表征30-32

    第三章 ITO纳米复合透明隔热材料的合成与性能探讨32-57

    3.1 溶剂热-煅烧法ITO纳米粉体探讨32-46

    3.1.1 ITO粉体的物相结构32-35

    3.1.2 纳米ITO粉体的工艺参数35-43

    3.1.3 不同形貌纳米ITO粉体的形成机理探讨43-44

    3.1.4 纳米ITO粉体的导电性能44-46

    3.2 高速分散法制备ITO水性浆料的探讨46-53

    3.2.1 纳米粒子亲水性测试47-49

    3.2.2 分散剂种类对浆料分散效果的影响49-50

    3.2.3 分散剂用量对浆料分散效果的影响50-51

    3.2.4 高速分散转速对浆料分散效果的影响51-52

    3.2.5 高速分散时间对浆料分散效果的影响52

    3.2.6 固含量对浆料分散效果的影响52-53

    3.3 ITO纳米复合涂层的光学和隔热性能的探讨53-56

    3.3.1 溶剂热温度对ITO纳米复合涂层的可见光透光率的影响53-54

    3.3.2 溶剂热温度对ITO纳米复合涂层红外透过率的影响54-55

    3.3.3 溶剂热温度对ITO纳米复合涂层的隔热性能的影响55-56

    3.4 本章小结56-57

    第四章 ZIO纳米复合透明隔热材料的合成与性能探讨57-81

    4.1 前言57

    4.2 ZIO纳米粉体的液相合成57-68

    4.2.1 ZIO纳米粉体的晶体结构的探讨57-62

    4.2.2 ZIO粉体的形貌探讨及机理探讨62-68

    4.3 ZIO水性浆料的稳定性探讨68-73

    4.3.1 粉体亲水性的浅析68-69

    4.3.2 分散剂种类对ZIO浆料分散效果的影响69-70

    4.3.3 分散剂用量对ZIO浆料分散效果的影响70-71

    4.3.4 高速分散转速对ZIO浆料分散稳定性的影响71-72

    4.3.5 高速分散时间对ZIO浆料分散稳定性的影响72

    4.3.6 ZIO浆料固含量的提升72-73

    4.4 ZIO纳米复合涂层的光学性能的探讨73-77

    4.4.1 铟掺杂量对ZIO纳米复合涂层可见光透光率的影响73-74

    4.4.2 铟掺杂量对ZIO纳米复合涂层红外透光率的影响74-75

    4.4.3 尿素浓度对ZIO纳米复合涂层可见光透光率的影响75-76

    4.4.4 尿素浓度对ZIO纳米复合涂层红外光透光率的影响76-77

    4.5 ZIO纳米复合涂层的隔热性能的探讨77-79

    4.5.1 铟掺杂量对ZIO纳米复合涂层隔热效果的影响77-78

    4.5.2 尿素浓度对ZIO纳米复合涂层隔热效果的影响78-79

    4.5.3 ZIO及ITO纳米复合涂层隔热效果的比较79

    4.6 本章小结79-81

    第五章 结论81-83

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