金属氧氮化合物的制备及其热反射性能研究

发布时间：2018-03-13 10:38

本文选题：溶胶-凝胶法　切入点：氨解法　出处：《南京理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着经济的发展,关于能源和资源的问题己逐渐引起人们的关注。为了适应新的环境和解决面临的新问题,研制新型节能无机材料的工作逐步展开。本论文制备和研究了两大系列金属氧氮化合物:铁/氮掺杂钛酸镁和锰/氮掺杂铝酸锌。实验采用溶胶-凝胶法和氨解法进行了样品的制备。性能测试主要采用同步热分析仪(TG-DSC)、X射线衍射分析仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、高分辨扫描电镜(FE-SEM)、色度仪(Lab)、高分辨投射电子显微镜(TEM/HR-TEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、近红外反射测试(UV-vis-NIR)、箱体模拟测试以及热像仪等分析手段和测试方法对样品的制备过程、晶体结构、粒径分布和尺寸、表面形貌、颜色特征、元素种类、反射性能、热性能以及节能性能等进行了详细的研究、分析和评估。结果表明:(1)铁/氮掺杂钛酸镁粒子形成的最佳煅烧温度为800℃;铁/氮掺杂并不会改变钛酸镁主材的六方晶体结构(R3);合成的粉末颗粒呈球形,粒径分布基本均匀,尺寸为200-400nm之间;(2)锰/氮掺杂铝酸锌粒子形成的最佳煅烧温度为700℃;锰/氮掺杂也没有改变铝酸锌主材的立方晶体结构(Fd-3m(227));合成的粉末颗粒呈球形,粒径分布基本均匀,尺寸为80-100nm之间;(3)在800nm-2500nm波段范围内,铁/氮掺杂钛酸镁粉末样品的反射率和太阳反射率分别在93%-65%之间和88.58%-53.51%之间,而相应涂层的反射率和太阳反射率分别在96%-37%之间和74.93%-44.94%之间;粉末样品的吸收限值向长波段移动,即从494nm增大至557nm;能隙值随着铁含量的增加而减小,即从2.11ev减小至1.89ev;箱体内部温度测试结果表明不同组分间的温度差为2.3-3.2℃之间;不同组分的涂层内层的温度差为2.4-8.6℃之间;热像分析结果表明:红外灯照射下,涂层表面温度变化是升温的过程,一段时间后会出现明显的温度差异。(4)在800nm-2500nm波段范围内,锰/氮掺杂铝酸锌粉末样品的反射率和太阳反射率分别在94%-20%之间和90.85%-30.62%之间,而相应涂层的反射率和太阳反射率分别在87%-15%之间和60.99%-11.56%之间;粉末样品的吸收限值向长波段移动,即从370nm增大至665nm;能隙值随着锰含量的增加而减小,即从3.33ev减小至2.90ev;箱体内部温度测试结果表明不同组分间的温度差为1.4-6.7℃之间;锰/氮掺杂铝酸锌(x=0.3)涂层内层稳定后温度为58.2℃,而对比例稳定后温度为63.9℃,两者相差5.7℃;热像分析结果表明:红外灯照射下,涂层表面温度变化是升温的过程;其中锰/氮掺杂铝酸锌(x=0.3)涂层的表面温度达到40.28℃时,对比例表面温度已经达到49.46℃,两者相差9.18℃。(5)按照发电厂每兆瓦电能会排放563 kg C02,17 gNOx和14gSOx可以换算得到:节约的电能以及减少温室气体及有害气体的量,最终来评估材料的节能性质。铁/氮掺杂钛酸镁(x=0.3)涂层一年可以节约的电能为2.45GWh,可以减少1379.35吨CO2、41.65吨NOx、34.30吨SOx的排放;锰/氮掺杂铝酸锌(x=0.3)涂层一年可以节约的电能为24.61GWh,可以减少1.39×104吨CO2、418.45吨NOx、344.60吨SOx的排放。箱体模拟测试说明制备得到的样品可以用于涂层中,且具有明显的节能效果。本文制备得到的粉末样品在热反射领域具有一定的研究价值,也为寻求节能方案提供了新的思路。
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【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O611.4

【参考文献】