一种仿天然植被光谱特征颜料体系以及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种仿天然植被光谱特征颜料体系以及制备方法，所述方法包括：采用层状双羟基金属氢氧化物作为基体，所述层状双羟基金属氢氧化物的层板富含羟基，层间空隙富含结晶水，用于模拟天然植被细胞中水分的近红外波段的光谱特征；通过在所述层状双羟基金属氢氧化物层间插入有机色素负电荷基团，形成有色层状双羟基金属氢氧化物，同时通过调整插入的有机色素负电荷基团的组合种类以及组合比例来调整所述有色层状双羟基金属氢氧化物在可见光波段的光谱特征。采用所述方法制备的有色层状双羟基金属氢氧化物与天然植被在可见光‑近红外波段范围内的反射光谱曲线匹配度高。

A system and preparation method of spectral characteristic pigment for imitating natural vegetation

【技术实现步骤摘要】
一种仿天然植被光谱特征颜料体系以及制备方法
本专利技术属于功能涂层材料领域，具体涉及一种仿天然植被光谱特征颜料体系以及制备方法。
技术介绍
高光谱遥感技术实现了在连续光谱区间上对同一物体同步成像，且同时得到被侦测物体空间维、光谱维的数据信息。任何物体对电磁波都有不同程度的辐射、吸收、反射、透过，形成独特的光谱特征，光谱曲线是区分、识别、分析物质的直接依据。高光谱探测仪器能够精确地反映出被侦测物体的特征光谱信号，从而提取出一条关于被测物体的完整且分辨率高的光谱曲线，在军事作战中，其易于在自然背景中将目标识别出来。为了躲避高光谱遥感探测，需要将被探测军事目标表面的光谱特性尽量调至与周围背景一致。高光谱遥感技术主要的工作区间是电磁波谱的300～2500nm波段，对于军事地面作战而言，植被是应用最广泛的作战背景，它在400～2500nm波段具有独特的光谱，因此模拟植被在此波段的光谱材料备受学者关注。近年来国内外众多研究者进行了大量有益的尝试，取得了一定的研究进展，但距离高光谱伪装/隐身的实际需求还存在较大的差距。例如利用叶绿素的金属钠盐衍生物可以模拟出与天然植被色素一致的可见光光谱特征，但天然色素极易光分解，光谱特性无法长时间保持；在仿生学的启发下，南航的李澄等人在Cr2O3绿色涂层中掺入大量的吸水纤维素、高岭土等有机/无机高含水填料，或使用高吸水有机树脂来提高涂层的含水量，可调制出与天然植被近似的近红外光谱特性，但涂层的保水能力弱，难以用于干燥、高温环境。另一方面，为兼顾力学、理化性能，涂层中各种颜填料的总含量不能超过其临界体积浓度(CPVC)，较低的颜填料含量削弱了其对光谱的调节能力。另外，各种颜填料的光谱性能还会产生相互干扰，给可见光-近红外波段的整体光谱设计带来较大的困难。因此，有必要寻求一种兼具天然植被的可见光和近红外典型光谱特征的新型颜料体系，用作调控高光谱隐身涂层光谱性能的主要功能材料。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提供一种仿天然植被光谱特征颜料体系以及制备方法，得到的仿天然植被光谱特征颜料体系能够兼具天然植被的可见光和近红外典型光谱特征，可以满足高光谱隐身涂层材料研制的需求。本专利技术提供了一种仿天然植被光谱特征颜料体系的制备方法,所述方法包括：采用层状双羟基金属氢氧化物作为基体，其中，所述层状双羟基金属氢氧化物的层板富含羟基，层间空隙富含结晶水，用于模拟天然植被细胞中水分的近红外波段的光谱特征；通过有机色素的负电荷基团替代所述层状双羟基金属氢氧化物基体层间的阴离子，从而在所述层状双羟基金属氢氧化物基体层间插入有机色素负电荷基团，形成有色层状双羟基金属氢氧化物，其中，通过调整插入的有机色素负电荷基团的组合种类以及组合比例，进而调控所述有色层状双羟基金属氢氧化物在可见光波段的光谱特征。优选地，形成有色层状双羟基金属氢氧化物的步骤包括：步骤1：将二价态阳离子对应的金属盐与三价态阳离子对应的金属盐混合配成溶液A，所述二价态阳离子与所述三价态阳离子的组合为Mg-Al或Zn-Al，所述二价态阳离子与所述三价态阳离子的摩尔比例为2:1～4:1；步骤2：将有机色素溶于有机溶剂中，配置成有机色素溶液，将所述有机色素溶液缓慢倒入所述溶液A中，并进行搅拌，其中，所述有机色素的添加量占所述二价态阳离子对应的金属盐和所述三价态阳离子对应的金属盐总质量的1％～4％；步骤3：在所述溶液A和所述有机色素溶液的混合液中加入碱性溶液直到pH值为8～10为止，并在持续通N2的条件下进行搅拌一定时间，反应形成层状双羟基金属氢氧化物基体，同时有机色素负电荷基团替代所述层状双羟基金属氢氧化物基体层间的阴离子，形成有色层状双羟基金属氢氧化物；步骤4：将所述有色层状双羟基金属氢氧化物溶液将倒入反应釜当中，并将所述反应釜放入烘箱中，在80℃～180℃条件下加热反应一段时间，所述有色层状双羟基金属氢氧化物溶液在所述反应釜中晶化，进而获得有色层状双羟基金属氢氧化物晶体；步骤5：待冷却后，倒掉上层清液，将底部沉淀进行洗涤、离心、过滤以及烘干处理，得到所述有色层状双羟基金属氢氧化物粉末。优选地，所述有机色素包括有机蓝和有机黄，所述有机蓝和所述有机黄的摩尔比例范围为1:5～1:15，进而使制备的所述有色层状双羟基金属氢氧化物与绿色植被在可见光-近红外波段范围内的反射光谱曲线的匹配度高于96％。优选地，所述有机色素包括有机蓝、有机黄、有机红以及有机绿中的任一一种或多种的组合，通过调整所述有机色素的组合种类以及组合比例提高制备的所述有色层状双羟基金属氢氧化物与各种天然植被在可见光-近红外波段范围内的反射光谱曲线的匹配度。本专利技术提供了一种仿天然植被光谱特征颜料体系，所述仿天然植被光谱特征颜料体系为采用上述方法制备的有色层状双羟基金属氢氧化物，所述有色层状双羟基金属氢氧化物是通过有机色素负电荷基团替代层状双羟基金属氢氧化物中的部分阴离子所形成；所述有色层状双羟基金属氢氧化物为层状结构，所述有色层状双羟基金属氢氧化物的层状结构由共边的水镁石正八面体构成，层间通过氢键缔合，层板富含羟基，层间空隙富含结晶水，所述结晶水通过氢键与金属氢氧化物、层间阴离子以及有机色素负电荷基团相连接。优选地，所述二价态阳离子与所述三价态阳离子的组合为Mg-Al或Zn-Al；所述二价态阳离子与所述三价态阳离子的摩尔比例为2:1～4:1；所述有机色素的添加量占所述二价态阳离子对应的金属盐和所述三价态阳离子对应的金属盐总质量的1％～4％，所述有机色素包括有机蓝和有机黄,所述有机蓝和所述有机黄的摩尔比例为1:5～1:15，所述反应溶液体系pH值为8～10，所述水热反应的温度为80℃～180℃。优选地，所述二价态阳离子与所述三价态阳离子的组合为Mg-Al或Zn-Al；所述二价态阳离子与所述三价态阳离子的摩尔比例为2:1～4:1；所述有机色素的添加量占所述二价态阳离子对应的金属盐和所述三价态阳离子对应的金属盐总质量的1％～4％，所述有机色素包括有机蓝、有机黄、有机红以及有机绿中的任一一种或多种的组合，所述反应溶液体系pH值为8～10，所述水热反应的温度为80℃～180℃。优选地，所述仿天然植被光谱特征颜料体系与绿色植被在可见光-近红外波段范围内的反射光谱曲线的匹配度高于96％。与现有技术相比，本专利技术包括以下优点：本专利技术采用层状双羟基金属氢氧化物作为基体，利用有机色素负电荷基团替换层间的阴离子，实现在层状双羟基金属氢氧化物基体的层间插入有机色素负电荷基团，从而实现对其染色，通过调整有机色素的种类以及配比来进行调色，使得制备的有色双羟基金属氢氧化物材料在可见光光谱范围内的吸收峰与各种颜色的植被达到高度匹配。层状双羟基金属氢氧化物的层板富含羟基，层间空隙富含结晶水，因而在近红外波段展现出了与天然植被类似的光谱特征，而且双羟基金属氢氧化物的层状结构还有助于提高有机色素的热稳定性和耐辐照能力，且层间的二维孔道结构具有较大的内表面和层间空隙，易于接受并吸附H2O等客体，150℃下仍能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿天然植被光谱特征颜料体系的制备方法,其特征在于，所述方法包括：/n采用层状双羟基金属氢氧化物作为基体，其中，所述层状双羟基金属氢氧化物的层板富含羟基，层间空隙富含结晶水，用于模拟天然植被细胞中水分的近红外波段的光谱特征；/n通过有机色素的负电荷基团替代所述层状双羟基金属氢氧化物基体层间的阴离子，从而在所述层状双羟基金属氢氧化物基体层间插入有机色素负电荷基团，形成有色层状双羟基金属氢氧化物，其中，通过调整插入的有机色素负电荷基团的组合种类以及组合比例，进而调控所述有色层状双羟基金属氢氧化物在可见光波段的光谱特征。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿天然植被光谱特征颜料体系的制备方法,其特征在于，所述方法包括：
采用层状双羟基金属氢氧化物作为基体，其中，所述层状双羟基金属氢氧化物的层板富含羟基，层间空隙富含结晶水，用于模拟天然植被细胞中水分的近红外波段的光谱特征；
通过有机色素的负电荷基团替代所述层状双羟基金属氢氧化物基体层间的阴离子，从而在所述层状双羟基金属氢氧化物基体层间插入有机色素负电荷基团，形成有色层状双羟基金属氢氧化物，其中，通过调整插入的有机色素负电荷基团的组合种类以及组合比例，进而调控所述有色层状双羟基金属氢氧化物在可见光波段的光谱特征。


2.根据权利要求1所述的一种仿天然植被光谱特征颜料体系的制备方法,其特征在于，形成有色层状双羟基金属氢氧化物的步骤包括：
步骤1：将二价态阳离子对应的金属盐与三价态阳离子对应的金属盐混合配成溶液A，所述二价态阳离子与所述三价态阳离子的组合为Mg-Al或Zn-Al，所述二价态阳离子与所述三价态阳离子的摩尔比例为2:1～4:1；
步骤2：将有机色素溶于有机溶剂中，配置成有机色素溶液，将所述有机色素溶液缓慢倒入所述溶液A中，并进行搅拌，其中，所述有机色素的添加量占所述二价态阳离子对应的金属盐和所述三价态阳离子对应的金属盐总质量的1％～4％；
步骤3：在所述溶液A和所述有机色素溶液的混合液中加入碱性溶液直到pH值为8～10为止，并在持续通N2的条件下进行搅拌一定时间，反应形成层状双羟基金属氢氧化物基体，同时有机色素负电荷基团替代所述层状双羟基金属氢氧化物基体层间的阴离子，形成有色层状双羟基金属氢氧化物；
步骤4：将所述有色层状双羟基金属氢氧化物溶液将倒入反应釜当中，并将所述反应釜放入烘箱中，在80℃～180℃条件下加热反应一段时间，所述有色层状双羟基金属氢氧化物溶液在所述反应釜中晶化，进而获得有色层状双羟基金属氢氧化物晶体；
步骤5：待冷却后，倒掉上层清液，将底部沉淀进行洗涤、离心、过滤以及烘干处理，得到所述有色层状双羟基金属氢氧化物粉末。


3.根据权利要求1所述的一种仿天然植被光谱特征颜料体系的制备方法,其特征在于，所述有机色素包括有机蓝和有机黄，所述有机蓝和所述有机黄的摩尔比例范围为1:5～1:15，进而使制备的所述有色层状双羟基金属氢氧化物与绿色植被在可见光-近红外波段范围内的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁乐，王灿，翁小龙，卿小龙，
申请(专利权)人：西华大学，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51