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随着常温红外辐射材料的研究开发,红外加热技术已从过去的工业窑炉节能方面的应用扩展到食品的制备,动植物的培养,水果蔬菜的保护、催化净化等方面。但一般的红外材料难以满足常温红外辐射材料的要求,所以从充分利用太阳能的角度出发,寻找对可见光高吸收的常温红外辐射材料就变得很重要。
尖晶石型铁氧体具有良好的光谱选择吸收性能,而堇青石在各种硅酸盐矿物材料中有较为优良的红外辐射性能。根据两相复合的思想,铁氧体作为吸热材料,堇青石作为红外辐射材料,有可能制备出高可见光吸收的红外辐射材料。
本研究采用溶胶.凝胶法,以正硅酸乙脂,硝酸镁,硝酸铝为原料,高温煅烧合成堇青石粉体:以硝酸铁,硝酸锰,硝酸铜柠檬酸为原料,溶胶.凝胶法合成,高温煅烧合成尖晶石型铁氧体;然后将所合成的堇青石和铁氧体按照一定质量比混合,采用正交表L9(3<'4>)设计试验,成功的制备出尖晶石型过渡金属氧化物固溶堇青石体系的高可见光吸收红外辐射材料。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外一可见分光光度计和红外辐射测量仪分别对合成粉体的相组成、显微结构、可见光吸收性能以及红外辐射性能进行了研究。
结果表明,经1250℃保温两个小时合成了粒径10μm左右的堇青石粉体,红外发射率在全波段达到0.89,远红外波段达到0.90,而其对可见光几乎不吸收。1000℃保温两个小时制备出了粒径5μm左右的铁氧体粉末,其全波段红外发射率为0.84,远红外波段发射率达0.90,可见光吸收率为0.95。利用铁氧体与堇青石复合制备的红外陶瓷对可见光的吸收随着铁氧体的加入而增加,在铁氧体含量为25%,1200℃保温2小时后,铁氧体与堇青石形成了置换型固熔体,在400 nm-900 nm波段的吸收率达到0.92,远红外辐射率达到0.94。