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納米ATO-TiO_2復(fù)合隔熱自清潔材料的制備與性能表征

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納米ATO-TiO_2復(fù)合隔熱自清潔材料的制備與性能表征【摘要】:N型半導(dǎo)體氧化錫銻(ATO)是一種優(yōu)異的透明隔熱材料,而TiO:是一種性能優(yōu)異的顏料,具備較高的光催化活性及親水性

【摘要】:N型半導(dǎo)體氧化錫銻(ATO)是一種優(yōu)異的透明隔熱材料,而TiO:是一種性能優(yōu)異的顏料,具備較高的光催化活性及親水性能。若采用適當(dāng)方式將兩者復(fù)合形成一種新的透明隔熱自清潔材料,該材料既對(duì)可見(jiàn)光透過(guò)又具有隔熱效果,同時(shí)還能去污、抗菌自清潔。多種性能的復(fù)合使它在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。但兩種材料的復(fù)合方式是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。傳統(tǒng)的磁控濺射、化學(xué)氣相沉積法等制備成本高,不宜大量生產(chǎn)。而濕化學(xué)沉積法不僅成膜均勻、膜性能良好,而且成本低、工藝簡(jiǎn)單,較適合應(yīng)用和推廣。因此,透明隔熱自清潔復(fù)合材料的濕化學(xué)制備具有重要意義。 本文從制粉出發(fā),先采用溶膠-凝膠法制備了納米Ti02粉體,并對(duì)粉體進(jìn)行摻鋅、摻氮、摻鐵以及鋅氮、鐵氮共摻處理。結(jié)果表明,摻雜原子替換Ti4+進(jìn)入Ti02晶格中,不產(chǎn)生新相。粉體在摻鋅和摻氮后尺寸均一,分布均勻。而摻鐵后具有絮狀介孔結(jié)構(gòu)。鋅氮共摻粉體尺寸分布不均,鐵氮共摻粉體尺寸較大,團(tuán)聚嚴(yán)重。光催化實(shí)驗(yàn)顯示,摻氮和摻鐵能明顯提高粉體的光催化性能,摻鋅對(duì)光催化活性提高不大,鐵氮共摻及鋅氮共摻反而會(huì)降低粉體的光催化能力?;钚宰罡叩膿降猅i02粉體,最佳摻氮量和熱處理溫度分別為1.0%,500℃,此時(shí)光催化反應(yīng)速率常數(shù)達(dá)到了22.11×10-3min-1。 采用水解沉淀法制備了納米銻摻雜氧化錫(ATO)粉體,考察了反應(yīng)溫度、滴定終點(diǎn)pH值、煅燒溫度對(duì)ATO粉體物相、形貌及光學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示銻以離子形式進(jìn)入氧化錫晶格,部分取代了Sn4+,形成一種替換式固溶體,未引入新相。反應(yīng)條件的改變對(duì)晶粒平均晶粒尺寸、晶格畸變及單胞體積的影響不同。單胞體積和平均晶粒尺寸隨反應(yīng)條件的變化而產(chǎn)生的變化趨勢(shì)一致,但與晶格畸變的變化趨勢(shì)相反。反應(yīng)溫度為60℃,滴定終點(diǎn)pH值為3.5,煅燒溫度為600℃時(shí)得到的ATO粉體結(jié)晶度高,晶粒細(xì)小,適合作為漿料分散的粉體。 為得到穩(wěn)定的漿料,先研究了分散劑種類、用量、體系pH值、超聲時(shí)間和攪拌時(shí)間對(duì)納米TiO:水性漿料穩(wěn)定性的影響。得到的最優(yōu)分散條件:分散劑FS-02取質(zhì)量百分比10%,調(diào)節(jié)漿料體系pH=5,以6000r/min攪拌3h,最后超聲15min。得到的漿料能長(zhǎng)期穩(wěn)定而不發(fā)生沉降。再制備了單因素條件下的ATO水性漿料,考察了分散劑種類、含量以及體系pH值對(duì)ATO漿料穩(wěn)定性的影響。得到的最佳條件:加入0.25g FS-02,調(diào)節(jié)體系pH=8,剪切乳化攪拌1h后再超聲15min。 采用濕化學(xué)沉積-浸漬提拉法制備了ATO/TiO2復(fù)合薄膜,并考察了涂料中ATO與Ti02的粉體含量比對(duì)膜力學(xué)、光學(xué)、隔熱及自清潔性能的影響,得到的粉體最佳含量比為2/3。在該比值下,涂膜厚約3.5μm,附著力達(dá)到0級(jí),鉛筆硬度為2H,吸水率低于0.02%??梢?jiàn)光透過(guò)率約55%,紅外光透過(guò)率不足10%。膜的隔熱性能較好,與未涂復(fù)合膜的保溫盒相比,涂有復(fù)合膜的保溫盒經(jīng)過(guò)1h光照后少升了10℃。光催化實(shí)驗(yàn)及親水角測(cè)試結(jié)果顯示,膜對(duì)甲基橙的降解也將近60%,親水角接近0°。 采用溶膠-凝膠-浸漬提拉法制備了ATO/TiO2復(fù)合膜。先考察了Sb摻雜量、膜層數(shù)對(duì)ATO純膜(不含Ti02)隔熱性能的影響,得到的最佳摻Sb量為10%,膜層數(shù)為6。再考察了TiO2膜的層數(shù)對(duì)ATO/TiO2復(fù)合膜光學(xué)、隔熱以及光催化性能的影響,得到性能最佳的薄膜為A4T4膜。該膜阻隔了近90%的紅外光,對(duì)甲基橙的降解也達(dá)到了55%,但未表現(xiàn)良好的親水性能。與未涂復(fù)合膜的保溫盒相比,經(jīng)過(guò)1h光照后,涂有復(fù)合膜的保溫盒內(nèi)部少升了6℃。具有良好隔熱效果。 【關(guān)鍵詞】:濕化學(xué)法 ATO TiO_2 粉體 漿料 復(fù)合薄膜 摻雜 隔熱 自清潔
【學(xué)位授予單位】:中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2013
【分類號(hào)】:TB383.2
【目錄】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-9
  • 目錄9-12
  • 第一章 文獻(xiàn)綜述12-25
  • 1.1 前言12-13
  • 1.2 TiO_2光催化劑的性能及制備13-16
  • 1.2.1 TiO_2的基本性質(zhì)13
  • 1.2.2 TiO_2的光自潔原理13-15
  • 1.2.3 TiO_2光催化劑的制備15-16
  • 1.2.3.1 沉淀法15-16
  • 1.2.3.2 水熱法16
  • 1.2.3.3 溶膠-凝膠法16
  • 1.2.3.4 微乳液法16
  • 1.3 ATO納米材料的性能及制備16-20
  • 1.3.1 ATO的基本性質(zhì)16-17
  • 1.3.2 ATO材料的隔熱機(jī)理17-18
  • 1.3.3 ATO粉體材料的制備18-20
  • 1.4 納米粒子的分散與改性20-22
  • 1.4.1 納米粒子的團(tuán)聚機(jī)理20
  • 1.4.2 納米粒子的分散機(jī)制20-21
  • 1.4.3 納米粒子的改性與分散21-22
  • 1.5 透明隔熱自潔涂層的制備22-23
  • 1.5.1 復(fù)合涂層的研究現(xiàn)狀22
  • 1.5.2 復(fù)合涂層的制備技術(shù)22-23
  • 1.6 本課題的研究?jī)?nèi)容及意義23-25
  • 第二章 納米TiO_2粉體的摻雜改性及其水性分散液的制備25-43
  • 2.1 前言25
  • 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-29
  • 2.2.1 試劑與實(shí)驗(yàn)器材25-26
  • 2.2.2 摻雜改性TiO_2粉體的溶膠-凝膠制備26-27
  • 2.2.3 TiO_2水性漿料的制備27-28
  • 2.2.4 TiO_2粉體及漿料性能表征28
  • 2.2.5 TiO_2水性漿料的表征28-29
  • 2.3 ZN、N摻雜對(duì)TiO_2粉體性能的影響29-34
  • 2.3.1 摻Zn、摻N對(duì)納米TiO_2粉體的XRD的影響29-30
  • 2.3.2 摻Zn、摻N對(duì)納米TiO_2粉體的微觀形貌的影響30-31
  • 2.3.3 摻Zn、摻N對(duì)納米TiO_2粉體的紅外光譜31-32
  • 2.3.4 摻Zn、摻N對(duì)納米TiO_2粉體光催化降解32-34
  • 2.4 FE、N摻雜對(duì)TiO_2粉體性能的影響34-35
  • 2.4.1 摻雜Fe、N后對(duì)納米TiO_2粉體的微觀形貌的影響34
  • 2.4.2 摻雜Fe、N對(duì)納米TiO_2粉體光催化性能的影響34-35
  • 2.5 摻氮量及煅燒溫度對(duì)T1O_2粉體的影響35-38
  • 2.5.1 摻氮量對(duì)摻氮TiO_2粉體物相的影響35-36
  • 2.5.2 摻氮量及煅燒溫度對(duì)摻氮TiO_2粉體光催化性能的影響36-38
  • 2.6 TiO_2水性漿料性能研究38-42
  • 2.6.1 十二烷基苯磺酸鈉對(duì)漿料穩(wěn)定性的影響38-39
  • 2.6.2 FS-02對(duì)漿料穩(wěn)定性影響39-40
  • 2.6.3 pH值對(duì)漿料穩(wěn)定性影響40-41
  • 2.6.4 超聲時(shí)間對(duì)漿料穩(wěn)定性影響41
  • 2.6.5 攪拌時(shí)間對(duì)漿料穩(wěn)定性影響41-42
  • 2.7 本章小結(jié)42-43
  • 第三章 納米ATO粉體及其水性漿料的制備與性能研究43-56
  • 3.1 前言43
  • 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-46
  • 3.2.1 試劑與實(shí)驗(yàn)器材43-44
  • 3.2.2 水解沉淀法制備納米ATO粉體44-45
  • 3.2.3 ATO水性漿料的制備45
  • 3.2.4 ATO粉體及漿料的性能表征45-46
  • 3.3 反應(yīng)溫度對(duì)ATO物相的影響46-47
  • 3.4 滴定終點(diǎn)PH值對(duì)ATO物相及形貌的影響47-50
  • 3.4.1 滴定終點(diǎn)pH對(duì)ATO物相的影響47-48
  • 3.4.2 滴定終點(diǎn)pH對(duì)ATO微觀形貌的影響48-50
  • 3.5 煅燒溫度對(duì)ATO物相及形貌的影響50-53
  • 3.5.1 煅燒溫度對(duì)ATO粉體的物相的影響50-51
  • 3.5.2 煅燒溫度對(duì)ATO粉體的微觀形貌的影響51-52
  • 3.5.3 煅燒溫度對(duì)ATO粉體的紅外圖譜的影響52-53
  • 3.6 ATO水性漿料的分散穩(wěn)定性53-55
  • 3.6.1 分散劑種類對(duì)ATO漿料分散穩(wěn)定性的影響53-54
  • 3.6.2 分散劑FS-02的含量對(duì)ATO漿料分散穩(wěn)定性的影響54
  • 3.6.3 體系pH值對(duì)ATO漿料分散穩(wěn)定性的影響54-55
  • 3.7 本章小結(jié)55-56
  • 第四章 ATO-TiO_2復(fù)合隔熱自清潔薄膜的制備及性能56-73
  • 4.1 前言56
  • 4.2 實(shí)驗(yàn)部分56-61
  • 4.2.1 試劑與實(shí)驗(yàn)器材56-57
  • 4.2.2 水性聚氨酯/納米ATO-TiO_2復(fù)合涂料的制備57-58
  • 4.2.3 溶膠-凝膠法制備ATO溶膠及TiO_2溶膠58-59
  • 4.2.4 ATO-TiO_2復(fù)合涂膜的濕化學(xué)法制備及溶膠-凝膠法制備59
  • 4.2.5 復(fù)合涂膜性能測(cè)試與表征59-61
  • 4.2.5.1 涂膜隔熱性能測(cè)試59-60
  • 4.2.5.2 涂膜自清潔性能測(cè)試60-61
  • 4.2.5.3 涂膜耐水性的測(cè)定61
  • 4.2.5.4 涂膜其他性能測(cè)試61
  • 4.3 粉體-涂料膜的性能研究61-66
  • 4.3.1 A/T比對(duì)涂膜的力學(xué)性能的影響61-62
  • 4.3.2 A/T比對(duì)涂膜隔熱性能的影響62-63
  • 4.3.3 A/T比對(duì)涂膜自清潔性能的影響63-65
  • 4.3.4 A/T比對(duì)涂膜光學(xué)性能的影響65
  • 4.3.5 A/T比對(duì)涂膜紅外光透過(guò)率的影響65-66
  • 4.4 溶膠-凝膠涂膜的性能研究66-71
  • 4.4.1 Sb摻雜比及鍍膜層數(shù)對(duì)ATO薄膜隔熱性能的影響66-68
  • 4.4.2 TiO_2層對(duì)ATO/TiO_2溶膠-凝膠膜表面形貌的影響68
  • 4.4.3 TiO_2層數(shù)對(duì)ATO/TiO_2溶膠-凝膠膜隔熱性能的影響68-69
  • 4.4.4 TiO_2層數(shù)對(duì)ATO/TiO_2溶膠-凝膠膜自清潔性能的影響69-71
  • 4.4.5 TiO_2層數(shù)對(duì)ATO/TiO_2溶膠-凝膠膜紅外透過(guò)率的影響71
  • 4.5 粉體-涂料膜及溶膠-凝膠膜的性能對(duì)比71-72
  • 4.6 本章小結(jié)72-73
  • 第五章 結(jié)論73-75
  • 參考文獻(xiàn)75-84
  • 攻讀碩士學(xué)位期間的主要成果84-85
  • 致謝85


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不確定環(huán)境中基于ATO的零部件協(xié)同供應(yīng)模式研究    李毅鵬

納米ATO-TiO_2復(fù)合隔熱自清潔材料的制備與性能表征    周志超

納米ATO粒子分散技術(shù)及透光隔熱涂料性能研究    李靖

溶膠—凝膠法制備納米ATO粉體和薄膜及其結(jié)構(gòu)與性能的研究    鐘小華

ATO/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合膜的制備與性能研究    李思瑩

ATO/SiO_2大孔電極的制備及其電氧化性能研究    柴張琳

納米氧化錫銻(ATO)透明隔熱涂料的研究    楊玲玲

基于ATO/PU涂層技術(shù)制備透明隔熱PC陽(yáng)光板    董紹春

氧化錫銻(ATO)透明導(dǎo)電薄膜的脈沖激光沉積及其性能研究    李娜

ATO納米粉體及其有機(jī)復(fù)合材料的合成與性能研究    朱冰潔

城際列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(ATO)的研究    林佳