钙钛矿型高发射率红外辐射材料的制备及性能研究

发布时间：2017-03-23 14:14

  本文关键词：钙钛矿型高发射率红外辐射材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：红外辐射材料是一种能够提高辐射传热效率的材料,在高温节能领域具有广阔的应用前景。现阶段,对于红外辐射节能材料的研究主要集中在非氧化物体系和氧化物体系材料。非氧化物体系材料在较宽的波段具有较高的红外发射率,但是其耐高温抗氧化能力较差,很难在高温氧化氛围下长期稳定服役。因此,本论文将氧化物体系材料作为研究的焦点。通过对比各种氧化物体系红外辐射材料的优缺点,本论文以钙钛矿型红外辐射材料为研究对象,通过掺杂的方式,对其近红外和3-5μm波段的红外辐射性能进行了研究,并揭示了掺杂提升其红外辐射性能的物理机制。随后将获得的短波段具有高发射率的红外辐射材料制备成涂层,对其红外辐射性能进行了表征,并对其节能效果作出了评价。1.通过固相烧结的方式获得了Ca2+掺杂La FeO_3基红外辐射材料,研究了Ca2+掺杂量对样品红外辐射性能的影响,并揭示了Ca2+掺杂提升LaFeO_3基材料红外发射率的物理机制。发现Ca2+掺杂可显著提高LaFeO_3基材料在0.76-2.5μm和3-5μm波段的红外发射率。当Ca2+掺杂浓度x=0.1时,LaFeO_3基材料在0.76-2.5μm和3-5μm波段的的红外发射率ε取得最大值,分别为0.88和0.90。Ca2+的引入,使得LaFeO_3基红外辐射材料的吸收光谱由可见光区域(0.59μm)拓宽至中红外区域(12.4μm),增加了材料的红外吸收范围,从而提高了LaFe O_3的红外辐射性能。2.通过采用Ca2+替代LaCrO_3中的La3+,制备了LaCrO_3基红外辐射材料。并研究了Ca2+掺杂量对样品的红外辐射性能的影响,进而给出了掺杂致使样品红外发射率提高的原因。研究发现Ca2+掺杂可有效提高LaCrO_3基材料在0.76-2.5μm和3-5μm波段的红外发射率。当Ca2+掺杂浓度x=0.2时,LaCrO_3基红外辐射材料在0.76-2.5μm和3-5μm波段的的发射率ε取得最大值,均为0.94。Ca2+的掺杂拓宽了LaCrO_3的吸收光谱,使得其吸收光谱由可见光范围延伸至近红外波段(0.58→3.9μm),从而增强了LaCrO_3的红外辐射性能。3.通过固相烧结的工艺制备了La0.8Ca0.2Al1-xCrxO_3红外辐射材料,并研究了不同Cr元素掺杂量对样品的红外发射率的影响,通过能带计算揭示了其发射率提高的物理机制。研究表明仅需少量的Ca-Cr共掺即可获得优异的红外辐射材料。当Cr元素掺杂量x=0.1时,样品在近红外和3-5μm波段发射率取得最优值,均为0.91。通过第一性原理,明确了Ca-Cr共掺对LaAlO_3红外发射率影响的物理机制,即Cr元素的引入,降低了样品材料的禁带宽度(3.35eV→0.11eV),增大了自自由载流子浓度,提高了自由载流子吸收,从而提升了样品材料的红外辐射性能。4.为检验所制备红外辐射材料的节能效果,本论文以La0.8Ca0.2Al0.9Cr0.1O_3为红外辐射基料制备了钙钛矿型红外辐射涂层。测得涂层在近红外和3-5μm波段的红外发射率,分别为0.90和0.89。通过高温红外辐射炉对其高温辐射性能进行了评价,发现涂层在高温下具有升温速率快,热平衡温度高的优点。借助烧水试验对涂层的节能效果进行了评价,研究表明高发射率涂层可有效强化辐射换热,提高热量利用效率,加快水的升温速率(0.44℃/s→0.76℃/s),缩短了加热时间(161s→104s),实现了35.4%的节能效果。本研究中所采用的钙钛矿型红外辐射材料具有耐高温、抗氧化、近红外和3-5μm波段红外发射率高的优点,有望应用于高温红外节能领域,为我国的高温节能做出一定的贡献。
【关键词】：红外辐射 钙钛矿 掺杂 发射率 节能
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 红外辐射简介12-14
• 1.2.1 红外辐射的概念12-13
• 1.2.2 黑体和灰体的理论模型13-14
• 1.3 红外辐射的基本定律14-16
• 1.3.1 普朗克定律14-15
• 1.3.2 维恩位移定律15
• 1.3.3 斯蒂芬-玻尔兹曼定律15
• 1.3.4 基尔霍夫定律15-16
• 1.4 红外辐射材料的研究进展16-23
• 1.4.1 非氧化物体系16-18
• 1.4.2 氧化物体系18-23
• 1.5 红外辐射材料的应用23
• 1.6 本课题的研究意义和内容23-25
• 1.6.1 本课题的研究意义23-24
• 1.6.2 本课题的研究内容24-25
• 第二章 实验原料和研究方法25-28
• 2.1 实验原料25
• 2.2 实验仪器和设备25
• 2.3 研究方法25-28
• 2.3.1 物相分析25-26
• 2.3.2 微观形貌分析26
• 2.3.3 红外辐射性能分析26
• 2.3.4 元素价态分析26
• 2.3.5 红外辐射传热能力测试26-28
• 第三章 LaFeO_3基红外辐射材料的制备与性能表征28-35
• 3.1 LaFeO_3基红外辐射材料的制备28
• 3.2 结果与讨论28-34
• 3.2.1 物相组成分析28-29
• 3.2.2 微观形貌分析29-30
• 3.2.3 红外辐射性能分析30-33
• 3.2.4 能谱分析33-34
• 3.3 小结34-35
• 第四章 LaCrO_3基红外辐射材料的制备与性能表征35-41
• 4.1 红外辐射材料的制备35
• 4.2 结果与讨论35-40
• 4.2.1 物相分析35-36
• 4.2.2 微观形貌分析36-37
• 4.2.3 红外辐射性能分析37-39
• 4.2.4 辐射传热性能评价39-40
• 4.3 小结40-41
• 第五章 LaAlO_3基红外辐射材料的制备与性能表征41-47
• 5.1 红外辐射材料的制备41
• 5.2 结果与讨论41-46
• 5.2.1 物相组成分析41-42
• 5.2.2 微观形貌分析42-43
• 5.2.3 红外辐射性能分析43-45
• 5.2.4 能带分析45-46
• 5.3 小结46-47
• 第六章 红外辐射涂层的制备与性能评价47-54
• 6.1 红外辐射涂层的制备47-48
• 6.2 结果与讨论48-52
• 6.2.1 物相组成与微观形貌分析48
• 6.2.2 微观形貌分析48-49
• 6.2.3 涂层的红外辐射性能分析49-50
• 6.2.4 高温红外辐射性能评价50-51
• 6.2.5 涂层的节能评价51-52
• 6.3 小结52-54
• 第七章 结论54-55
• 参考文献55-61
• 攻读硕士期间发表的论文与研究成果61-62
• 致谢62

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵思孟;红外辐射干燥粮食[J];郑州粮食学院学报;1983年03期

2 庞文琴,徐翊华,毕素香,王苏宁,杨毅辉,付德才,陈彪;分子筛型选择性红外辐射材料的研究(Ⅲ)——超稳沸石的合成及其性能[J];吉林大学自然科学学报;1983年02期

3 庞文琴,徐翊华,郭晔;分子筛型选择性红外辐射材料的研究(Ⅳ)——4~#分子筛的研制及其红外性能[J];吉林大学自然科学学报;1983年03期

4 ;红外辐射干燥[J];国际造纸;1986年01期

5 冯万勇;特定红外辐射的特殊性[J];自然杂志;1990年07期

6 肖汉宁;;陶瓷红外辐射材料及其应用[J];中国陶瓷;1992年04期

7 徐卫林，张保国，石天威，，曹俊周，姚穆;纺织纤维集合体与红外辐射──对红外辐射透射、反射、吸收的比较研究[J];西北纺织工学院学报;1996年02期

8 徐卫林,张保国,石天威,曹俊周,姚穆;纺织纤维集合体与红外辐射──对红外辐射透射、反射、吸收的比较研究[J];西北纺织工学院学报;2001年02期

9 石成利,梁忠友;红外辐射涂料的研究与应用现状及其发展趋势[J];中国陶瓷工业;2005年04期

10 任晓辉;张旭东;何文;吴作贵;;红外辐射材料的研究进展及应用[J];现代技术陶瓷;2007年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 卢琦;;红外辐射材料的应用及研究现状[A];第十三届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2011年

2 蔡本睿;钱丽勋;李卓;;高红外辐射膜材料研制及性能实验研究[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年

3 宋本庆;;红外辐射增效技术的新发展[A];第十三届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2011年

4 李素云;夏朝勇;朱文学;;红外辐射在谷物干燥中的应用[A];中国食品科学技术学会第五届年会暨第四届东西方食品业高层论坛论文摘要集[C];2007年

5 夏朝勇;朱文学;张仲欣;;红外辐射在农副产品加工中的应用与进展[A];中国食品科学技术学会第五届年会暨第四届东西方食品业高层论坛论文摘要集[C];2007年

6 褚治德;诸凯;焦士龙;杨俊红;孟宪玲;;红外辐射与对流传热的节能减排研究[A];红外辐射与对流传热的节能减排研究——全国第十一届红外加热暨红外医学发展研讨会论文集[C];2007年

7 侯峙云;周桂耀;侯蓝田;;红外辐射与物质作用的热过程研究[A];第八届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2001年

8 尹荔松;沈辉;;选择性红外辐射陶瓷微粉的纳米技术改性及应用[A];第八届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2001年

9 薛战理;;低背景红外辐射校准装置研究[A];第十届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2004年

10 邵秀梅;于月华;方家熊;;红外辐射及其测量方法[A];全国第十四届红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前9条

1 吴立新;固体地球灾害遥感监测基础研究的进展[N];中国测绘报;2008年

2 范广宏 任明伟 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 吴元德 北京协和医学院基础学院 杨子彬 中国医学科学院基础医学研究所 北京;技术创新促红外线医疗保健作用凸显[N];科技日报;2014年

3 ;抑菌红外辐射陶瓷釉面砖[N];今日信息报;2003年

4 张连生;特征红外辐射脱水技术及其应用领域[N];中国特产报;2001年

5 山东科润新能源有限公司董事长 周存文;红外辐射热能转换器的应用[N];中国建材报;2013年

6 廖林炜 许中胜 本报特约记者 陆文强;光电武器异军突起[N];解放军报;2012年

7 田武;“陆战之王”隐形有高招[N];中国国防报;2004年

8 陈雪根;新型瓷砖专利　首遇强制拍卖[N];中华工商时报;2003年

9 付颖;新型瓷砖专利首遇强制拍卖[N];中华建筑报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 张净玉;球形离散颗粒抑制热喷流红外辐射规律研究[D];南京航空航天大学;2007年

2 汪喜波;红外辐射与对流联合干燥的理论分析及试验研究[D];中国农业大学;2003年

3 武晓燕;高红外辐射无机非金属晶体材料的制备及其碱液蒸发应用研究[D];南开大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周康康;基于蒙皮红外辐射测温方法研究[D];沈阳大学;2015年

2 李贤扬;Cr_2O_3-TiO_2-Al_2O_3系高温辐射节能涂料的研究[D];齐鲁工业大学;2015年

3 王立山;王台铺煤矿旺格维利采煤法红外辐射物理相似模拟实验研究[D];中国矿业大学;2015年

4 刘琼兰;探究钢和黄铜表面氧化膜对发射率的影响[D];河南师范大学;2015年

5 郑跃瑜;远距离目标红外辐射探测研究[D];湘潭大学;2015年

6 汤倩;红外辐射偏振建模与仿真研究[D];合肥工业大学;2015年

7 赵凯;铁钴系红外辐射涂料的制备与性能研究[D];华南理工大学;2016年

8 李振;预警机蒙皮红外特征与成像仿真技术研究[D];电子科技大学;2016年

9 李小伟;钙钛矿型高发射率红外辐射材料的制备及性能研究[D];安徽工业大学;2016年

10 徐子杰;煤体单轴破坏的声发射与红外辐射规律研究[D];辽宁工程技术大学;2014年

  本文关键词：钙钛矿型高发射率红外辐射材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：263907