铯钨青铜纳米粉体的制备、性能及应用研究

发布时间：2020-04-15 05:05

【摘要】：在玻璃门窗上涂覆透明隔热涂层,可合理调控进入建筑内部的太阳能量,有效降低建筑的空调能耗和减少由使用空调产生的二氧化碳排放,达到节能减排的效果。而纳米钨青铜(M_xWO_3)材料因其具有较大的禁带宽度和高载流子浓度等性质而具有较好的透明隔热特性,且价格低廉,不含毒性元素,有望替代氧化锡锑(ATO)和氧化铟锡(ITO)等材料,应用于透明隔热涂料中。以W粉、H_2O_2、CsCl为原料,采用溶胶-凝胶法合成铯钨青铜粉体,探究了不同反应物铯钨原子物质的量比R、分散剂以及不同煅烧条件对所制铯钨青铜结构性能的影响,采用X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、紫外/可见/近红外光谱仪等仪器对所合成的产物物相、微观结构、元素成分和光学性能进行表征。结果表明:反应物铯钨原子物质的量比为0.33、分散剂为PEG-600、600℃下煅烧2h,可合成结晶性、分散性、透明隔热性能均较好的Cs_(0.30)WO_3粉体,其以宽度约为50nm的纳米棒为主;初步所制Cs_(0.30)WO_3涂层最高可见光透过率和近红外阻隔率分别约为84%和68%。另外,XPS表明不同价态W之间的d-d电子转移为Cs_(0.30)WO_3粉体的近红外屏蔽性能提供了一定帮助。研究了铯钨青铜的晶体生长动力学,可知铯钨青铜晶体生长动力学指数n=4;在500℃~800℃煅烧过程中,铯钨青铜晶体生长的表观活化能为143.17kJ/mol。采用物理-化学结合的方法制备了Cs_(0.30)WO_3浆料。为了提高Cs_(0.30)WO_3浆料的稳定性,探究了分散介质、机械分散方法、分散时间、分散剂种类和分散剂用量等对浆料稳定性的影响。结果表明:以水为分散介质、PEG-400用量为粉体质量的5%,砂磨分散6h时,Cs_(0.30)WO_3浆料稳定性较好,浆料中Cs_(0.30)WO_3粒子粒径约为124nm。采用机械共混法将Cs_(0.30)WO_3浆料、有机树脂和适量助剂相混合,制备了Cs_(0.30)WO_3透明隔热涂料,采用淋涂法制备了Cs_(0.30)WO_3透明隔热涂层。探究了成膜剂对涂料稳定性的影响;研究了Cs_(0.30)WO_3浆料含量、Cs_(0.30)WO_3透明隔热涂层厚度对涂层力学性能、光学性能、隔热性能的影响。结果表明:成膜剂为聚碳酸酯树脂,Cs_(0.30)WO_3浆料含量为40%,涂层厚度为1层(0.016mm)时,涂料稳定性和涂层性能较好。其中,涂层附着力为0级,硬度为3H,涂层最高可见光透过率和近红外阻隔率分别约为77%和83%,近红外吸收往短波长方向移动,说明近红外屏蔽波长范围变广和效果更好;自制设备测得有效降低温度约16℃,导热系数由0.9990W/(m·K)降至0.6365W/(m·K),说明涂层存在一定的隔热效果。此外还对不同功能涂层的光学性能进行了对比研究,可知自制纳米Cs_(0.3)WO_3透明隔热涂层光学性能更好,近红外屏蔽波长范围更广,能阻隔750~2500nm的近红外光。且自制铯钨青铜透明隔热功能涂层具有较好的力学性能和透明隔热效果,具有较好的应用价值和市场前景。
【图文】：

钨青铜,晶体结构

且不能用小整数比来表示，所以称为非化学计量化合物。MxWO3（0<x<1）中 M元素可为碱金属、氢、稀土金属、钙、锶、钡、铜、银、铵等[6]，也能用钼、钛、钽、锆、铌等[7]金属代替其中的钨以生成铌青铜、钽青铜等其他青铜，此种化合物具备良好的物理与化学特性，如高电子电导率和快离子传输特性等，是一种低温超导体。非化学计量化合物因为存在晶格缺陷等而具有一些特殊的物理及化学特性，研究此种物质，为制备无机纳米新型材料开拓了较广的领域。钨青铜有着丰富的空间隧道结构，，可依照晶体间隙结构的不同进行分类，钨青铜结构可分为立方钨青铜、四方钨青铜以及六方钨青铜[8]。按照晶体间隙的填充情况，钨青铜晶体可划分为完全充满型、充满型、未充满型。碱钨青铜实质上是由碱金属填入钨氧八面体共点连接所构成的六方通道中所形成的填隙固溶体氧化物，其晶体结构图[8]见图 1。其晶体结构中存在 1-x 个空缺，为了保持晶体结构的电中性，每填入一个碱金属离子，则相应的有一个 W6+转变为 W5+，使碱钨青铜具备多种物理与化学性质，以致其可被应用于电学、光学等多种领域。

小极化子,吸收机理,钨青铜

铯钨青铜纳米粉体的制备、性能及应用研究量方面起到了一定的效果。由式（3）可知，ωp与 n 成致由等离子体引起的近红外屏蔽向短波长方向挪动。收外吸收又被认为是小极化子作用[31]引起的吸收。Schir3中载流子被束缚于钨位置上且对四周晶格产生极化作Ｗ5+和 W6+位置间跳跃时会吸收近红外光。铯钨青铜对31]如图 2 所示。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ637

【参考文献】