[发明专利]含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的合成及在制备太阳能吸光涂层的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含钴元素的含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的合成方法，尤其涉及一种溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn₂O₄和CoCr₂O₄的方法。本发明同时还涉及该陶瓷颜料用于制备太阳能吸收涂层的方法及性能，属于尖晶石型纳米陶瓷颜料的制备及太阳能光热转化材料应用领域。

背景技术

近年来，世界各地都在积极开展新材料的开发研究，尖晶石型化合物作为一种新型的半导体材料，具有较窄的禁带宽度、特殊的晶体结构，能够响应可见光，光电化学性能稳定及可重复利用率高等特点，因而受到极大关注。含钴元素的尖晶石型陶瓷颜料CoMn₂O₄和CoCr₂O₄具有鲜明的色泽、优异的耐气候、耐光、耐热，耐酸碱等性能，被广泛应用于耐高温涂料、陶瓷、搪瓷、玻璃、塑料、美术颜料等领域。目前，国内对含钴元素的尖晶石型陶瓷颜料CoMn₂O₄和CoCr₂O₄的制备主要是通过传统的固相反应法和共沉淀法来实现。固相反应法虽然操作简单、固相反应中不涉及溶剂，反应物具有高的选择性和高产率的优点，但固相反应通常需要较高的反应温度，容易造成能量的消耗，从而增加了生产成本。共沉淀法虽然有利于在低温条件下获得该类尖晶石化合物，但该方法对金属盐原料的溶解性要求高，并且生产工序复杂，不利于简单化操作。此外，沉淀过程中容易出现成分偏析，影响产物成分的纯度。溶胶-凝胶自蔓延法原料能够在分子水平进行混合，所制备材料煅烧温度低，晶粒尺寸分布均匀、产物纯度高，工艺流程简单，容易实现工业化生产，是一种新型的纳米陶瓷颜料制备技术。因此，采用溶胶-凝胶自蔓延法制备含钴元素的尖晶石型陶瓷颜料有着较好的工业化生产应用前景。

含过渡金属元素的尖晶石化合物，由于过渡金属元素的d轨道存在自旋允许的电子跃迁，因此，含过渡金属元素的尖晶石化合物在整个太阳光谱辐射区域内展现出了较高的吸收性能。专利CN103691647A采用溶胶-凝胶浸涂法在金属基底上成功制备出了CoCuMnO_x尖晶石薄膜。尽管该薄膜展现了较高的太阳能选择性吸收值（α=0.90~0.93，ε=0.05~0.07），但在浸渍过程中存在液膜的边界效应、500℃的热处理温度不利于维持铝基底的机械强度、涂层在退火过程中有机物挥发造成涂层表面大量微孔的形成。因此，采用该方法制备大面积商业化应用的太阳能吸光涂层有待于进一步的研究。另外，采用溶胶-凝胶浸涂法制备出的CoCuMnO_x尖晶石薄膜为单一的黑色，不利于太阳能吸光涂层与户外建筑颜色的协调一致，从而影响了太阳能吸光涂层在户外建筑应用中的美观性。所以，考虑到太阳能吸光涂层在未来户外建筑应用中的多样性、美观性，有必要开发和制备性能稳定、材料廉价、实用性强、生产工艺简单的彩色太阳能吸光涂层。

发明内容

本发明的目的是提供一种溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn₂O₄和CoCr₂O₄的方法；

本发明的另一目的是提供一种上述方法合成的含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn₂O₄和CoCr₂O₄在制备彩色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层中的应用。

一、含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料CoMn₂O₄和CoCr₂O₄的合成

本发明采用溶胶-凝胶自蔓延法合成含钴元素的尖晶石型彩色陶瓷颜料的方法，是将过渡金属钴盐、锰盐或/和铬盐、络合剂、酯化剂溶解于乙醇-水混合溶液中，调溶液pH值至中性形成溶胶溶液，再将溶胶溶液置于70~100 ℃的烘箱中加热蒸发溶剂得干凝胶；然后将干凝胶采用无水乙醇在空气中引燃，使干凝胶以自蔓延的方式迅速燃烧形成棕黑色或浅灰色的自蔓延粉末；最后将获得的自蔓延粉末于400~800 ℃下煅烧处理2~3 h，得到尖晶石型陶瓷颜料。