隔热用层状复合颜料的可控制备、界面结合及太阳光谱反射特性研究

The long summer days and intense solar radiation lead to the high energy consumption of air conditioning in southern China. The use of solar reflective material is an effective way to reduce the energy consumption of air conditioning. Mica-based layer pigment is a kind of high reflective pigment. The compositions, microstructures, and solar reflective properties are key factors for insulation properties. However, the theory of mica-based layer pigment is not thorough. This project tries to construct metal oxides on mica substrates with different compositions and microstructures. The formation mechanism of composite structure, and the effect of compositions and microstructures on the solar reflectance of layered pigments will be investigated. The effect of carrier concentration and carrier mobility on the near infrared reflectance property of TiO2 thin film will be investigated. Furthermore, a solar reflective model for layered pigments will be built. Our work will provide a theoretical basis for the preparation and application of inorganic reflective pigments.

我国南方地区夏季时间漫长，太阳辐射强烈，导致以空调制冷为主的建筑能耗居高不下。在此类地区采用反射隔热材料是降低建筑物空调能耗的有效手段。云母基层状颜料是较具研究与应用前景的高反射无机颜料，云母表面包覆薄膜的组成、微结构及太阳光谱反射特性是决定反射隔热涂料隔热效果的关键因素。目前这方面的理论研究尚不完善。本项目以云母颗粒为基体，在其表面构筑不同组成和微结构的金属氧化物（TiO2或Fe2O3）薄膜，研究纳米氧化物在云母表面的成核、生长和包覆机制，探明氧化物薄膜与基体之间的界面结合机制；通过高价金属离子掺杂，在纳米氧化钛薄膜中引入缺陷，研究载流子浓度、迁移率与近红外反射率的关联机制；研究薄膜组成与微结构对层状颜料太阳光谱反射特性和隔热性能的影响规律；以云母表面包覆薄膜的折射率、薄膜厚度、薄膜层数、形状因子等为参数，建立层状颜料太阳光反射模型。本项目的研究将为无机反射颜料的制备和应用提供理论基础。

建筑节能是当今社会的重大主题之一。太阳以辐射的形式向建筑物传递巨大的能量，造成建筑表面温度升高，热能通过墙体传导到室内造成室内温度升高，在南方炎热地区，人们不得不长时间使用空调来降低室内温度，使得建筑能耗大幅攀升。在建筑表面涂敷反射率高的隔热涂料是降低能耗的重要手段，由于其具有隔热效率高、轻质、施工方便、成本低廉等优点，反射隔热涂料逐渐取代传统阻隔隔热型材料，被应用在更多场合。.颜料的性能制约着反射隔热涂料的应用，而TiO2颜料和Fe2O3颜料是市面上颜料中反射最性能优良的颜料之一，将其负载在云母表面会提高其机械性能和分散性，有利于制备出高反射率的复合颜料。本项目通过采用液相沉积法在云母表面包覆纳米氧化钛薄膜或氧化铁薄膜，研究了薄膜晶型、形貌以及薄膜厚度对复合颜料呈色性能、反射性能以及隔热性能的影响，并探究产生该影响的原因。研究结果表明：.（1）通过预先在云母表面包覆一层SnO2或MnO2的方法可在70℃的低温下制备出结晶良好的金红石型氧化钛薄膜。与锐钛矿型氧化钛薄膜相比，预包覆SnO2制备出的金红石型氧化钛薄膜在400~1300nm的可见光区和近红外区，展现出更高的反射率，.（2）预包覆SnO2制备出的金红石型氧化钛薄膜的负载量、颗粒尺寸对其光吸收、漫反射性能有较大的影响。随着金红石氧化钛负载量的增大样品的紫外-可见反射光谱出现了明显的红移，能隙由2.85eV增大到2.95eV。在400~700nm 的可见光区，样品的反射率随负载量的增大而增大。而在1300~2500nm 的近红外光区，样品的反射率随负载量的增大而降低。.（3）制备出了多种色系的mica-Fe2O3复合颜料、空心玻璃微珠/卤氧铋复合颜料，研究了复合颜料的组成和结构对色度和反射率的影响。并以这些复合颜料为基本单元构筑出具有优异自清洁性能的超疏水反射隔热涂层，有利于长期保持高反射率。.