一种高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将含有镁掺杂二氧化硅粉体和镁掺杂二氧化硅基质的复合浆料在衬底表面流延成型得到湿涂层；所述复合浆料中，镁掺杂二氧化硅粉体的质量为复合浆料的10~50%，镁掺杂二氧化硅基质的质量为复合浆料的30~85%；然后去除湿涂层中的有机溶剂，并在100~1000℃的温度下热处理1~48h，得到所述高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层。得到所述高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层。得到所述高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层及其制备方法，属于无机材料涂层制备领域。

技术介绍

[0002]无机材料涂层以金属氧化物、金属间化合物等无机材料粉体为原料，用各种工艺加涂在各种结构衬底上，广泛应用于隔热、化工、机械和红外辐射等领域。二氧化硅涂层因为二氧化硅颗粒本身在太阳光谱中的吸收系数较小，可以有效散射太阳辐射，降低太阳辐射的吸收。其中，二氧化硅涂层在2.5～25μm波段具有强吸收(消光系数高达1000m2/kg)，尤其在9μm附近出现强烈的吸收峰。根据基尔霍夫定律，红外吸收率与发射率相等，二氧化硅涂层在9μm附近具有强的红外发射性能，这证明二氧化硅涂层具有选择辐射性，可以用于选择性辐射制冷。但如何提高二氧化硅材料在红外波段的吸收强度，以进一步增强辐射制冷效果，目前尚未见研究报道。
[0003]无机材料涂层常用的制备工艺有热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶
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凝胶法、电化学法等。但是以上方法均存在一定的缺点。热喷涂制备涂层过程中由于喷枪的移动速度或停喷时间不当或喷涂时压缩空气中油和水的影响会造成涂层剥离、分层和碎裂的情况。物理气相沉积的真空蒸镀膜层附着力不强。溅射镀所需设备较复杂，需要高压装置。离子镀制备的膜层缺陷较多。化学气相沉积法的沉积速率较低，参加沉积的反应源和反应后的余气易燃，且对设备有耐腐蚀的要求。溶胶
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凝胶法所使用的原料价格较贵，且整个溶胶
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凝胶过程耗时较长。电化学法制备薄膜或涂层虽然工艺较简单，但影响因素复杂，薄膜或涂层的性能容易受电流、电压、溶剂和溶液的pH值及浓度等因素的影响。
[0004]流延法成型是功能陶瓷的常用制备方法，是将细分散的陶瓷粉料悬浮在由溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等成分中形成可塑且能流动的浆料，浆料在流延机上制得所需厚度的膜或涂层的一种成型方法。该方法设备简单、生产效率高、工艺稳定、成型坯体性能的重复性和尺寸的一致性较高，在陶瓷材料的成型工艺中得到了广泛应用。目前，很少由将流延法用于无机材料涂层制备的报道。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层及其制备方法。根据本专利技术，可以得到厚度可控、表面平整且与衬底结合良好的镁掺杂二氧化硅涂层。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将含有镁掺杂二氧化硅粉体和镁掺杂二氧化硅基质的复合浆料在衬底表面流延成型得到湿涂层；所述复合浆料中，镁掺杂二氧化硅粉体的质量为复合浆料的10～50％，镁掺杂二氧化硅基质的质量为复合浆料的30～85％；然后去除湿涂层中的有机溶剂，并在100～1000℃的温度下热处理1～48h，得到所述高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂
层。
[0007]较佳地，所述镁掺杂二氧化硅粉体的镁进入二氧化硅晶格，其中，镁与二氧化硅的摩尔比为1～10％。
[0008]较佳地，所述镁掺杂二氧化硅粉体的制备过程为：将镁源、硅源和醇溶剂混合后，于25～60℃搅拌均匀得到镁掺杂二氧化硅前驱体溶液A；将镁掺杂二氧化硅前驱体溶液A加入含有醇溶剂、碱性催化剂和表面活性剂的前驱体B中，在搅拌条件下反应生成沉淀，经过老化、干燥和高温烧结得到镁掺杂二氧化硅粉体。
[0009]较佳地，所述镁掺杂二氧化硅基质的制备过程为：将硅源、溶剂和镁源在水性体系中于25～60℃搅拌均匀，调节pH值至2～3，使得硅源在酸性条件下水解，得到镁掺杂二氧化硅基质。
[0010]较佳地，所述镁掺杂二氧化硅基质的镁与二氧化硅的摩尔比为1～10％。
[0011]较佳地，所述复合浆料还包括增稠剂，其中，增稠剂的质量为复合浆料的4～20％。
[0012]较佳地，镁掺杂二氧化硅基质的镁以镁源的原形式存在，并在经过100～1000℃的热处理后镁原子进入二氧化硅的晶格。
[0013]较佳地，高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层的厚度为50～110μm，优选为50～90μm。
[0014]较佳地，覆盖有所述镁掺杂二氧化硅涂层的制冷空间的内部温度与未加盖任何涂层的空白制冷空间在中红外波段的温度差为3～12℃。
[0015]第二方面，本专利技术提供上述任一项所述的高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层的制备方法得到的高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层。
附图说明
[0016]图1为制备镁掺杂二氧化硅粉体和涂层的流程示意图；图2为纯二氧化硅和不同含量镁掺杂二氧化硅粉体在2.5～25μm波段的傅里叶变换红外光谱曲线和部分区域的放大图；图2中各曲线有明显的高度重叠，这不影响本专利技术的公开；图3为纯二氧化硅的扫描电子显微镜图；图4为5％镁掺杂二氧化硅的扫描电子显微镜图；图5为纯二氧化硅和5％镁掺杂二氧化硅涂层的辐射冷却降温曲线，各曲线从上至下依次是空白、FTO玻璃、纯SiO2涂层、5％Mg@SiO2涂层、环境温度。
具体实施方式
[0017]通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在没有特殊说明的情况下，各百分含量指质量百分含量。
[0018]本专利技术的制备方法按照图1所示的流程进行实施。分别为：镁掺杂二氧化硅粉体的制备
→
镁掺杂二氧化硅基质的制备
→
复合浆料的制备
→
衬底的预处理
→
流延法制备涂层
→
干燥
→
涂层后处理。具体地说，是利用在镁掺杂二氧化硅基质(溶剂)中加入镁掺杂二氧化硅粉体和增稠剂形成浆料，再通过流延法制备涂层，以实现其在红外光学领域的应用。该方法可实现对镁掺杂二氧化硅涂层红外光学性能的可控调节，同时保证涂层表面的平整度以及与衬底的粘结度，具有操作简单和制备工艺稳定可靠的特点，易于进行大规模推广使
用。
[0019]制备镁掺杂二氧化硅粉体。将镁源、硅源和醇溶剂混合后，于25～60℃搅拌均匀得到镁掺杂二氧化硅前驱体溶液A；将镁掺杂二氧化硅前驱体溶液A加入含有醇溶剂、碱性催化剂和表面活性剂的前驱体B中，在搅拌条件下反应生成沉淀，经过老化、干燥和高温烧结得到镁掺杂二氧化硅粉体。
[0020]镁源包括但不限于硝酸镁、氧化镁、氯化镁、硫酸镁及其水合物中的一种或几种。硅源包括但不限于正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、1,3
‑
二(三乙氧基硅基)丙烷、三甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、多聚硅氧烷、1,2
‑
二(三乙氧基硅基)乙烷中的一种或几种。醇溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、1,2
‑
丙二醇、1,4
‑
丁二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇、乙二醇、新戊醇中的一种或几种。表面活性剂包括但不限于氯化钠、氯化钾、硬脂酸、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、烷基葡糖苷、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有镁掺杂二氧化硅粉体和镁掺杂二氧化硅基质的复合浆料在衬底表面流延成型得到湿涂层；所述复合浆料中，镁掺杂二氧化硅粉体的质量为复合浆料的10~50%，镁掺杂二氧化硅基质的质量为复合浆料的30~85%；然后去除湿涂层中的有机溶剂，并在100~1000 ℃的温度下热处理1~48h，得到所述高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层。2.根据权利要求1所述的高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层的制备方法，其特征在于，所述镁掺杂二氧化硅粉体的镁进入二氧化硅晶格，其中，镁与二氧化硅的摩尔比为1~10%。3.根据权利要求1或2所述的高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层的制备方法，其特征在于，所述镁掺杂二氧化硅粉体的制备过程为：将镁源、硅源和醇溶剂混合后，于25~60℃搅拌均匀得到镁掺杂二氧化硅前驱体溶液A；将镁掺杂二氧化硅前驱体溶液A加入含有醇溶剂、碱性催化剂和表面活性剂的前驱体B中，在搅拌条件下反应生成沉淀，经过老化、干燥和高温烧结得到镁掺杂二氧化硅粉体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的高红外辐射镁掺杂二氧化硅涂层的制备方法，其特征在于，所述镁掺杂二氧化硅基质的制备过程为：将硅源、溶剂和镁源在水性体系中于25~60...

【专利技术属性】
技术研发人员：高相东，张星星，赵祥，
申请(专利权)人：临沂昊泉硅业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：