納米半導(dǎo)體隔熱涂料最新研究進(jìn)展

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    納米半導(dǎo)體隔熱涂料中起隔熱作用的主要是納米半導(dǎo)體粉體，涂膜對(duì)熱輻射的阻隔作用是吸收和反射共同作用的結(jié)果?吸收和反射作用所占比例會(huì)因半導(dǎo)體材料自身性質(zhì)的差異而有所不同，此外材料的粒徑也與其性能相關(guān)?對(duì)單個(gè)納米粒子來(lái)說(shuō)，粒徑越大，橫截面越大，納米粒子通過(guò)吸收和反射作用能夠遮斷陽(yáng)光的面積就越大?但對(duì)涂料整體來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部納米半導(dǎo)體粉體的總遮斷面積(A)越大，理論上隔熱效果越好?A可用式(1)表示?

納米半導(dǎo)體隔熱涂料最新研究進(jìn)展

    式中：A—總遮斷面積，cm2；m—納米粉體總質(zhì)量，g；r—粒徑，cm；ρ—密度，g/cm3?

    由式(1)可見(jiàn)，納米半導(dǎo)體的粒徑越小，總遮斷面積就越大?但是粒子粒徑太小時(shí)，粒子的電子密度的變化等會(huì)使其對(duì)陽(yáng)光的屏蔽功能降低，因此所制備的納米半導(dǎo)體粒子需具有合適的粒徑?由以上分析可知，納米半導(dǎo)體粒子的隔熱效果是半導(dǎo)體本身的物理結(jié)構(gòu)與微粒粒徑共同作用的結(jié)果?

    在眾多納米半導(dǎo)體粒子中，納米氧化銦錫(ITO)和氧化錫銻(ATO)是最早應(yīng)用于納米隔熱涂料中的金屬氧化物?ITO與ATO薄膜的載流子濃度為1020個(gè)/cm3，可見(jiàn)光透過(guò)率達(dá)到80%～90%，紅外反射率為75%～80%，其中載流子濃度增加，紅外發(fā)射率也會(huì)隨之增加?黃旭珊等對(duì)ITO納米隔熱涂料進(jìn)行的光學(xué)檢測(cè)顯示，添加了納米ITO粒子的隔熱涂料對(duì)紅外線的阻隔主要集中在1200～1500nm的波段，這個(gè)區(qū)域的紅外阻隔可達(dá)到95%，隔熱檢測(cè)表明當(dāng)ITO納米粒子的含量達(dá)到涂料質(zhì)量的1.5%時(shí)，涂料的隔熱效果最好，紅外燈照射下5min的隔熱對(duì)比顯示，涂覆納米隔熱涂料的玻璃比空白玻璃的溫度低40℃左右?孫國(guó)亮等在研究銻(Sb)含量對(duì)ATO隔熱涂料的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，Sb在涂料中有2種存在狀態(tài)，Sb3+與Sb5+?Sb含量較低時(shí)，Sb5+占主導(dǎo)地位，此時(shí)載流子數(shù)少，紅外阻隔率低；隨著Sb含量增加，載流子數(shù)增多，紅外阻隔率上升；Sb含量達(dá)到6%時(shí)，紅外阻隔率最高，超過(guò)6%以后，紅外阻隔率下降?分析其原因主要有2個(gè)：一是由于高含量Sb導(dǎo)致二氧化錫的晶格畸變，電子散射變大，降低了載流子的遷移率；二是由于Sb的增加，Sb3+逐漸增多，Sb3+就像一個(gè)電子陷阱，消除了Sb5+產(chǎn)生的電子，使載流子濃度下降，因而紅外阻隔率也下降?此外，Mei等對(duì)ATO/環(huán)氧樹(shù)脂隔熱涂料中ATO的含量進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示隨著ATO含量增加，隔熱效果增加，而ATO的最適含量為涂料總質(zhì)量的2%?

    近年來(lái)，隨著新材料的不斷開(kāi)發(fā)，人們一直在尋找新型的納米粒子以替代原有ITO和ATO?Li等嘗試將摻雜了Al的納米ZnO加入隔熱涂料中，ZnO本身也是一種半導(dǎo)體材料，加入Al的ZnO載流子濃度明顯增加，導(dǎo)電性與紅外阻隔性也隨之增加?研究顯示添加了0.5%的ZnO(其中摻入Al的摩爾分?jǐn)?shù)為6%)的隔熱涂料，紅外阻隔性最好，達(dá)到80%以上?Zhao等將鎵(Ga)摻入ZnO中制成了GZO薄膜，結(jié)果顯示當(dāng)Ga的摻量為4.9%時(shí)，這種薄膜對(duì)紅外光反射率可達(dá)到70%，透過(guò)率小于1%，而此時(shí)的可見(jiàn)光透過(guò)率依然保持在90%以上，可見(jiàn)GZO涂料是一種理想的玻璃用隔熱涂料?除了ZnO摻雜物外，陳中華等將納米氧化鋯加入隔熱涂料，并對(duì)涂膜的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明涂膜對(duì)紅外線有良好的阻隔效果，納米粒子緊密填充涂層間的空隙，形成了完整的空氣隔熱層，大大提高了涂層的隔熱性能?Wang等將稀土元素釔與氧化銻混合制備了釔-氧化銻納米粉，進(jìn)而制備出釔-氧化銻納米隔熱涂料，光學(xué)檢測(cè)顯示這種涂料在450~1600nm范圍內(nèi)的反射率超過(guò)90%，1600~2200nm范圍內(nèi)的反射率超過(guò)80%，比ZnO?ITO薄膜的反射率更高?

    納米半導(dǎo)體粉體的應(yīng)用使得隔熱涂料在隔熱機(jī)理上發(fā)生了巨大改變，但是納米粉體的比表面積大?表面能高，納米顆粒間極易通過(guò)界面相互作用而產(chǎn)生團(tuán)聚，因此納米粒子在涂料中的分散性問(wèn)題一直是涂料研究的難點(diǎn)之一，要推進(jìn)半導(dǎo)體型納米隔熱涂料的市場(chǎng)化就必須加強(qiáng)對(duì)納米粒子分散體系的研究?（來(lái)源：全球涂料網(wǎng)）（更多資訊請(qǐng)登錄：全球涂料網(wǎng) http://m.srglobaltrade.com/）