高紅外反射錳酸釔材料的制備與性能研究.pdf

1、鈣鈦礦型稀土錳氧化物是一種集鐵電性與反鐵磁性于一體的單相多鐵性材料,鈣鈦礦YMnO3作為代表之一,是一個(gè)新興的巨磁阻材料體系和磁電復(fù)合材料體系,受到學(xué)術(shù)界的廣泛重視。其被廣泛用作高性能顏料(隔熱保溫材料)、磁性材料、催化和光學(xué)領(lǐng)域。本文以改進(jìn)的丙烯酰胺聚合凝膠法合成錳酸釔及鐵摻雜的錳酸鹽隔熱材料,采用熱重-差熱分析(TG-DTA)、傅里葉變換紅外)FTIR)、X射線衍射儀(XRD)、透射電鏡(TEM)、紫外可見分光光度計(jì)(Uv-Vis

2、Spectrometer)、紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)(Uv-Vis-NIR Spectrometer)、激光粒度儀和分光色差儀等分別表征了前驅(qū)體的熱性能、樣品及組成的結(jié)構(gòu)、形貌、紫外可見吸收性能、紅外反射性能、粒度分布和顏色參數(shù)等指標(biāo)。
　　 在用改進(jìn)的丙烯酰胺聚合凝膠法制備YMnO3納米顆粒中主要研究了不同金屬硝酸鹽(作氧化劑)和檸檬酸(作還原劑)的摩爾比、燒結(jié)制度(煅燒溫度和煅燒時(shí)間)、水浴溫度、體系pH值、不同聚合劑(

3、丙烯酰胺和N-N'二甲基雙丙烯酰胺)的配比等因素對(duì)前驅(qū)體的熱性能、樣品的粒徑、晶格常數(shù)、形貌、顏色、凝膠形成時(shí)間和紅外反射性能的影響。用Scherrer公式計(jì)算了不同煅燒溫度和水浴溫度對(duì)樣品晶格畸變和晶粒大小的影響。用UV-Vis-NIR分光光度計(jì)直觀地表征出不同工藝條件下樣品的紅外反射性能,結(jié)合YMnO3材料的物相結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)對(duì)紅外反射機(jī)理做出了初步探討。用Fe3+取代YMnO3中的部分Mn3+,形成了B位取代的復(fù)合鈣鈦礦材料,研究

4、了固溶體YFexMn1-xO3的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、顏色和紅外反射性能的變化。
　　 結(jié)果表明,當(dāng)M(CA/NO3-)=1.5時(shí),前驅(qū)體具有最佳的反應(yīng)性能,400℃點(diǎn)燃后于在900℃保溫10h即可合成單相、形貌規(guī)整(顆粒呈近似球狀)、粒度分布均勻的納米級(jí)錳酸釔晶體。水浴體系溫度選擇在80～85℃,約2.5h形成凝膠,調(diào)整體系pH=2能得到結(jié)晶度高、穩(wěn)定性能好的錳酸釔粉體。從紅外光譜圖上可以明顯的看到檸檬酸的的羰基(COO-)與金屬離

5、子的絡(luò)合吸收峰(≈1645cm-1),表明金屬硝酸鹽已均一分散于檸檬酸中并發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),當(dāng)燒結(jié)溫度≥750℃時(shí),出現(xiàn)了明顯的Mn-O-Mn彎曲振動(dòng)特征吸收峰(≈423cm-1)、Y-O伸縮振動(dòng)吸收峰(≈500 cm-1)和Mn-O伸縮振動(dòng)吸收峰(=598 cm-1)。
　　 Uv-Vis漫反射曲線主要的吸收發(fā)生在650～750nm左右,樣品顯示為較深的藍(lán)黑色,而且隨著燒結(jié)溫度的升高,吸光度略微增加,可見光區(qū)的吸收發(fā)生了略微的紅移

6、,可能對(duì)應(yīng)著O2P→Mn4d的電子躍遷。紫外.可見.近紅外反射曲線上,采用丙烯酰胺聚合凝膠法制備出來的YMnO3納米顆粒具有窄的帶隙(2.18eV)、小粒徑(40～60nm)和高的比表面積,紅外反射率達(dá)50％左右(＞30%),這些由納米尺寸引起的新性質(zhì)使得YMnO3可作為一種“冷”顏料用以取代傳統(tǒng)的高毒低性能的顏料,材料對(duì)近紅外光具有反射性能的根源在于原子內(nèi)或原子間的電子躍遷,具體到Y(jié)MnO3體系,即是Mn3+的4d電子、O2-的2p電