[发明专利]钴铁尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料的合成及在制备太阳能吸光涂层中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种CoFe₂O₄尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料的合成方法，尤其涉及到一种溶胶-凝胶自蔓延法在低温条件下合成CoFe₂O₄尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料的方法；本发明同时还涉及到该CoFe₂O₄尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料用于制备棕黑色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层，属于一种太阳能光热转化材料应用领域。

背景技术

随着全球性能源危机的加剧以及环境问题（污染、温室效应）的日益严重，太阳能作为一种新能源，具有清洁、环保、持续、长久的优势，因此，利用太阳能的各种新材料、新设计、新技术成为当今新能源领域的研究热点。目前，实现太阳能热利用最普遍、最简单、最有效、最直接的方式是通过转化装置把太阳辐射能转化为热能。其中，太阳能光-热转装置的核心部件是太阳能选择性吸收涂层，其高效的选择性吸收是指吸收涂层在太阳光可见及近红外辐射区表现出较高的吸收率（α），而在红外辐射区具有较低的发射率（ε）。

目前，太阳能选择性吸收涂层的制备方法有很多，如喷涂法、物理气相沉积（真空蒸镀、磁控溅射、离子镀、阴极电弧蒸发）、化学气相沉积、电化学法、溶胶-凝胶法等。虽然，电化学法、真空沉积和磁控溅射技术制备太阳能选择性吸收涂层展现除了较高的太阳能吸收值以及较低的热发射值，但是电化学沉积薄膜的过程面临着耗能大，污染大，并且材料的附着力不强、抗腐蚀性能差等缺点；真空沉积和磁控溅射技术需要昂贵的设备及苛刻的实验条件，从而增加了制备太阳能吸光涂层的成本。采用化学气相沉积制备的太阳能吸光涂层尽管具有很高的光谱选择性，但由于该种制备手段设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高、制备过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸气粉尘等对人体有害，并且难以对小孔孔径的内表面进行涂覆。尽管溶胶-凝胶法是一种工艺操作简单、生产成本低、环境友好的太阳能吸光涂层制备技术，但薄膜的在进行商业化应用之前仍然有许多技术问题需要进行深入研究。喷涂法制备工艺简单，操作方便，易于控制，能够显著降低生产成本、容易实现大面积制备太阳能吸光涂层。专利CN103555106以丙烯酸为树脂，以纳米级的钛、纳米级镍、纳米级氧化铜、纳米级氧化锰组成粉体颜料，将其溶解于乙二醇苯醚与二甲苯的混合溶剂中制备太阳能吸光涂料，并且通过静电喷涂的方法将吸光涂料喷涂于铝合金芯板上制备出性能较好的太阳能吸光涂层。然而，该种方法所用的纳米级粉体种类繁多，不易于降低生产成本。此外，该种方法制备的涂层中含有纳米级钛、纳米级镍，难以维持该种涂层长期在户外环境中的稳定性。因此，有必要开发和制备性能稳定、材料廉价、生产操作简单、实用性强的陶瓷吸光颜料，同时采用连续化操作的方式将其用于制备性能稳定的太阳能吸光涂层。

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CoFe₂O₄尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料的方法；

本发明的另一目的是提供一种上述制备的CoFe₂O₄尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料在制备棕黑色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层的应用。

一、CoFe₂O₄尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料的合成

本发明采用溶胶-凝胶自蔓延法合成CoFe₂O₄尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料的方法，将过渡金属钴盐、过渡金属铁盐、络合剂、酯化剂、分散剂溶解于蒸馏水中，并将溶液pH值调至中性形成溶胶溶液，再将溶胶溶液置于120~130℃的烘箱中加热蒸发溶剂得干凝胶；然后将干凝胶采用引燃剂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褐色的自蔓延粉末；最后将自蔓延粉末于400~800℃下煅烧处理2~3h，得到CoFe₂O₄尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料。

所述过渡金属钴盐为硝酸钴、卤化钴、硫酸钴、磷酸钴、羧酸钴；所述过渡金属盐为金属铁的硝酸盐、卤化盐、硫酸盐、磷酸盐、羧酸盐；过渡金属钴盐与铁盐的摩尔比为1:2。

所述络合剂为己二胺四乙酸、氨基三乙酸、甘氨酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸、葡萄糖酸、羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸中的任何一种；优选柠檬酸、甘氨酸、氨基三乙酸、己二胺四乙酸。络合剂的用量为过渡金属盐总摩尔量的0.8~1倍。