纳米ATO-TiO_2复合隔热自清洁材料的制备与性能表征

【摘要】：N型半导体氧化锡锑(ATO)是一种优异的透明隔热材料,而TiO：是一种性能优异的颜料,具备较高的光催化活性及亲水性能。若采用适当方式将两者复合形成一种新的透明隔热自清洁材料,该材料既对可见光透过又具有隔热效果,同时还能去污、抗菌自清洁。多种性能的复合使它在节能环保领域具有良好的应用前景。但两种材料的复合方式是一个关键的问题。传统的磁控溅射、化学气相沉积法等制备成本高,不宜大量生产。而湿化学沉积法不仅成膜均匀、膜性能良好,而且成本低、工艺简单,较适合应用和推广。因此,透明隔热自清洁复合材料的湿化学制备具有重要意义。 本文从制粉出发,先采用溶胶-凝胶法制备了纳米Ti02粉体,并对粉体进行掺锌、掺氮、掺铁以及锌氮、铁氮共掺处理。结果表明,掺杂原子替换Ti4+进入Ti02晶格中,不产生新相。粉体在掺锌和掺氮后尺寸均一,分布均匀。而掺铁后具有絮状介孔结构。锌氮共掺粉体尺寸分布不均,铁氮共掺粉体尺寸较大,团聚严重。光催化实验显示,掺氮和掺铁能明显提高粉体的光催化性能,掺锌对光催化活性提高不大,铁氮共掺及锌氮共掺反而会降低粉体的光催化能力。活性最高的掺氮Ti02粉体,最佳掺氮量和热处理温度分别为1.0%,500℃,此时光催化反应速率常数达到了22.11×10-3min-1。 采用水解沉淀法制备了纳米锑掺杂氧化锡(ATO)粉体,考察了反应温度、滴定终点pH值、煅烧温度对ATO粉体物相、形貌及光学性能的影响。结果显示锑以离子形式进入氧化锡晶格,部分取代了Sn4+,形成一种替换式固溶体,未引入新相。反应条件的改变对晶粒平均晶粒尺寸、晶格畸变及单胞体积的影响不同。单胞体积和平均晶粒尺寸随反应条件的变化而产生的变化趋势一致,但与晶格畸变的变化趋势相反。反应温度为60℃,滴定终点pH值为3.5,煅烧温度为600℃时得到的ATO粉体结晶度高,晶粒细小,适合作为浆料分散的粉体。 为得到稳定的浆料,先研究了分散剂种类、用量、体系pH值、超声时间和搅拌时间对纳米TiO：水性浆料稳定性的影响。得到的最优分散条件：分散剂FS-02取质量百分比10%,调节浆料体系pH=5,以6000r/min搅拌3h,最后超声15min。得到的浆料能长期稳定而不发生沉降。再制备了单因素条件下的ATO水性浆料,考察了分散剂种类、含量以及体系pH值对ATO浆料稳定性的影响。得到的最佳条件：加入0.25g FS-02,调节体系pH=8,剪切乳化搅拌1h后再超声15min。 采用湿化学沉积-浸渍提拉法制备了ATO/TiO2复合薄膜,并考察了涂料中ATO与Ti02的粉体含量比对膜力学、光学、隔热及自清洁性能的影响,得到的粉体最佳含量比为2/3。在该比值下,涂膜厚约3.5μm,附着力达到0级,铅笔硬度为2H,吸水率低于0.02%。可见光透过率约55%,红外光透过率不足10%。膜的隔热性能较好,与未涂复合膜的保温盒相比,涂有复合膜的保温盒经过1h光照后少升了10℃。光催化实验及亲水角测试结果显示,膜对甲基橙的降解也将近60%,亲水角接近0°。 采用溶胶-凝胶-浸渍提拉法制备了ATO/TiO2复合膜。先考察了Sb掺杂量、膜层数对ATO纯膜(不含Ti02)隔热性能的影响,得到的最佳掺Sb量为10%,膜层数为6。再考察了TiO2膜的层数对ATO/TiO2复合膜光学、隔热以及光催化性能的影响,得到性能最佳的薄膜为A4T4膜。该膜阻隔了近90%的红外光,对甲基橙的降解也达到了55%,但未表现良好的亲水性能。与未涂复合膜的保温盒相比,经过1h光照后,涂有复合膜的保温盒内部少升了6℃。具有良好隔热效果。 【关键词】：湿化学法 ATO TiO_2 粉体 浆料 复合薄膜 掺杂 隔热 自清洁
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-12
• 第一章 文献综述12-25
• 1.1 前言12-13
• 1.2 TiO_2光催化剂的性能及制备13-16
• 1.2.1 TiO_2的基本性质13
• 1.2.2 TiO_2的光自洁原理13-15
• 1.2.3 TiO_2光催化剂的制备15-16
• 1.2.3.1 沉淀法15-16
• 1.2.3.2 水热法16
• 1.2.3.3 溶胶-凝胶法16
• 1.2.3.4 微乳液法16
• 1.3 ATO纳米材料的性能及制备16-20
• 1.3.1 ATO的基本性质16-17
• 1.3.2 ATO材料的隔热机理17-18
• 1.3.3 ATO粉体材料的制备18-20
• 1.4 纳米粒子的分散与改性20-22
• 1.4.1 纳米粒子的团聚机理20
• 1.4.2 纳米粒子的分散机制20-21
• 1.4.3 纳米粒子的改性与分散21-22
• 1.5 透明隔热自洁涂层的制备22-23
• 1.5.1 复合涂层的研究现状22
• 1.5.2 复合涂层的制备技术22-23
• 1.6 本课题的研究内容及意义23-25
• 第二章 纳米TiO_2粉体的掺杂改性及其水性分散液的制备25-43
• 2.1 前言25
• 2.2 实验部分25-29
• 2.2.1 试剂与实验器材25-26
• 2.2.2 掺杂改性TiO_2粉体的溶胶-凝胶制备26-27
• 2.2.3 TiO_2水性浆料的制备27-28
• 2.2.4 TiO_2粉体及浆料性能表征28
• 2.2.5 TiO_2水性浆料的表征28-29
• 2.3 ZN、N掺杂对TiO_2粉体性能的影响29-34
• 2.3.1 掺Zn、掺N对纳米TiO_2粉体的XRD的影响29-30
• 2.3.2 掺Zn、掺N对纳米TiO_2粉体的微观形貌的影响30-31
• 2.3.3 掺Zn、掺N对纳米TiO_2粉体的红外光谱31-32
• 2.3.4 掺Zn、掺N对纳米TiO_2粉体光催化降解32-34
• 2.4 FE、N掺杂对TiO_2粉体性能的影响34-35
• 2.4.1 掺杂Fe、N后对纳米TiO_2粉体的微观形貌的影响34
• 2.4.2 掺杂Fe、N对纳米TiO_2粉体光催化性能的影响34-35
• 2.5 掺氮量及煅烧温度对T1O_2粉体的影响35-38
• 2.5.1 掺氮量对掺氮TiO_2粉体物相的影响35-36
• 2.5.2 掺氮量及煅烧温度对掺氮TiO_2粉体光催化性能的影响36-38
• 2.6 TiO_2水性浆料性能研究38-42
• 2.6.1 十二烷基苯磺酸钠对浆料稳定性的影响38-39
• 2.6.2 FS-02对浆料稳定性影响39-40
• 2.6.3 pH值对浆料稳定性影响40-41
• 2.6.4 超声时间对浆料稳定性影响41
• 2.6.5 搅拌时间对浆料稳定性影响41-42
• 2.7 本章小结42-43
• 第三章 纳米ATO粉体及其水性浆料的制备与性能研究43-56
• 3.1 前言43
• 3.2 实验部分43-46
• 3.2.1 试剂与实验器材43-44
• 3.2.2 水解沉淀法制备纳米ATO粉体44-45
• 3.2.3 ATO水性浆料的制备45
• 3.2.4 ATO粉体及浆料的性能表征45-46
• 3.3 反应温度对ATO物相的影响46-47
• 3.4 滴定终点PH值对ATO物相及形貌的影响47-50
• 3.4.1 滴定终点pH对ATO物相的影响47-48
• 3.4.2 滴定终点pH对ATO微观形貌的影响48-50
• 3.5 煅烧温度对ATO物相及形貌的影响50-53
• 3.5.1 煅烧温度对ATO粉体的物相的影响50-51
• 3.5.2 煅烧温度对ATO粉体的微观形貌的影响51-52
• 3.5.3 煅烧温度对ATO粉体的红外图谱的影响52-53
• 3.6 ATO水性浆料的分散稳定性53-55
• 3.6.1 分散剂种类对ATO浆料分散稳定性的影响53-54
• 3.6.2 分散剂FS-02的含量对ATO浆料分散稳定性的影响54
• 3.6.3 体系pH值对ATO浆料分散稳定性的影响54-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第四章 ATO-TiO_2复合隔热自清洁薄膜的制备及性能56-73
• 4.1 前言56
• 4.2 实验部分56-61
• 4.2.1 试剂与实验器材56-57
• 4.2.2 水性聚氨酯/纳米ATO-TiO_2复合涂料的制备57-58
• 4.2.3 溶胶-凝胶法制备ATO溶胶及TiO_2溶胶58-59
• 4.2.4 ATO-TiO_2复合涂膜的湿化学法制备及溶胶-凝胶法制备59
• 4.2.5 复合涂膜性能测试与表征59-61
• 4.2.5.1 涂膜隔热性能测试59-60
• 4.2.5.2 涂膜自清洁性能测试60-61
• 4.2.5.3 涂膜耐水性的测定61
• 4.2.5.4 涂膜其他性能测试61
• 4.3 粉体-涂料膜的性能研究61-66
• 4.3.1 A/T比对涂膜的力学性能的影响61-62
• 4.3.2 A/T比对涂膜隔热性能的影响62-63
• 4.3.3 A/T比对涂膜自清洁性能的影响63-65
• 4.3.4 A/T比对涂膜光学性能的影响65
• 4.3.5 A/T比对涂膜红外光透过率的影响65-66
• 4.4 溶胶-凝胶涂膜的性能研究66-71
• 4.4.1 Sb掺杂比及镀膜层数对ATO薄膜隔热性能的影响66-68
• 4.4.2 TiO_2层对ATO/TiO_2溶胶-凝胶膜表面形貌的影响68
• 4.4.3 TiO_2层数对ATO/TiO_2溶胶-凝胶膜隔热性能的影响68-69
• 4.4.4 TiO_2层数对ATO/TiO_2溶胶-凝胶膜自清洁性能的影响69-71
• 4.4.5 TiO_2层数对ATO/TiO_2溶胶-凝胶膜红外透过率的影响71
• 4.5 粉体-涂料膜及溶胶-凝胶膜的性能对比71-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 结论73-75
• 参考文献75-84
• 攻读硕士学位期间的主要成果84-85
• 致谢85

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

锡掺杂的氧化铟纳米粉体的表面修饰与改性    崔升;林本兰;黄杏芳;沈晓冬;

利用工业钛液制备纳米二氧化钛    刘晓熹;曾令可;刘平安;王慧;

纳米晶Sb掺杂SnO_2(ATO)粉体的合成与表征    张建荣,高濂

DBS包覆钛盐水解制备纳米TiO_2的研究    周武艺,唐绍裘,张世英,万隆,魏坤,李绍禄

湿法制备纳米xSb_2O_3·(1-x)SnO_2导电颜料及导电机理研究    谭俊茹,沈腊珍,付贤松,侯文祥,陈秀增

纳米二氧化钛粒子的表面处理及其分散性研究    蒋翀,何厚康,吴文华,张瑜,陈彦模,朱美芳

纳米ATO粉体的制备及性能表征    高桂兰;段学成;

TiO_2晶体的微波水热法制备及光催化性能研究    丁希楼;赵凯;李家;郑俊;

尿素为氮源制备氮掺杂二氧化钛及其光催化性    秦好丽;古国榜;柳松;李金菁;

锑掺杂二氧化锡纳米粉体的制备及性能    孟杰;孙淑清;李婷;马向辉;范军刚;

ATO粉体的制备工艺及其导电性能的研究    尹大鹏;朱协彬;汪海涛;

电气石超细粉体表面修饰的研究    岳同健,王瑛,沈新元

纳米TiO_2在汽车面漆中的应用研究    王斌;梁刚强;曹鹏军;

ATO纳米粉体的性能特点与制备研究现状    李靖宇;施冬梅;邢万宏;

P型高阻硅单晶材料的寿命初探    张由群,刘兴德,邓宪章

纳米技术与纳米材料(Ⅸ)——纳米TiO_2的液相合成    姚超,吴凤芹,林西平,汪信

纳米技术与纳米材料(Ⅹ)——纳米二氧化钛的表面处理    姚超,杨光,林西平,汪信

纳米氧化锡锑粉体在水基体系中的分散研究    黄燕;涂伟萍;

十八烷胺改性载银二氧化钛的研究    万斯;彭兵;柴立元;李国良;张金龙;

抗菌功能母液的制备工艺对羊毛纤维吸附率的影响    武子璐;牛梅;戴晋明;任建喜;侯文生;

高聚物基纳米复合纤维及纺织品(提纲)    朱美芳;孙宾;邢强;陈文萍;王明;张瑜;陈彦模;

AOPs/掺杂TiO_2光催化氧化处理有机物研究进展    赵毅;邵媛;陈周燕;刘建岷;

Nano-ZnO／Ag在PET树脂中分散性能的研究    齐秀丽;顾莉琴;顾利霞;

添加于纺织材料中的复合功能纳米粉体的研究    俞行;甄志超;

WO_3/Pt/TiO_2多异质结的组装及可见光光催化性能增强    王长华;张昕彤;袁博;王玉玺;刘益春;

以鳞片石墨为原料的多功能碳材料的制备与应用研究    李冀辉

聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究    张贵军

超细TiO_2及其复合粉体的制备、表征与光催化性能研究    赵金伟

介孔铈锆复合氧化物—聚合物杂化材料的制备及性能研究    邰晓曦

TiO_2基纳米材料光催化还原CO_2研究    卫静

透明导电锡基氧化物纳米粉体的制备及应用研究    刘世民

氧化锡陶瓷靶材的制备及其性能研究    李其仲

二氧化钛表面功能化及应用研究    刘于民

ZnO纳米材料的铝、稀土元素掺杂及其光学和电学性能研究    邹科

纳米改性变压器油的制备及其特性研究    沈谅平

纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响    庞宇

C、N、F元素掺杂纳米二氧化钛的制备及可见光催化性能研究    王慈慈

聚丙烯膜表面有机—无机杂化及其性能研究    李伟

二氧化钛改性及其性能研究    王钦清

水热合成TiO_2纳米管及光催化性能的研究    訾彤彤

钛基光催化剂的低温合成及其光催化性能的研究    孟祥东

微波加热干燥单宁锗酸的工艺研究    苏斌

氧化稀土、山梨醇衍生物成核改性抗菌PP薄膜的制备与性能研究    杜娟

改性介孔二氧化钛光催化性质的研究    过军芳

ATO纳米粉体及其有机复合材料的合成与性能研究    朱冰洁

纳米TiO_2的光催化机理及其影响因素分析    王积森;冯忠彬;孙金全;贾明剑;宋振雷;

月桂酸盐在粘土矿物上的吸附    朱瑶,何煦,蔡瑾,吕振宇,黄建滨,张禹负,刘华,徐冠军

二氧化钛光催化材料的应用进展    于向阳,梁文,杜永娟,程继健

三防纳米级ATO透明导电薄膜材料的研究和应用    李青山,张金朝,宋鹂

红外隐身涂料的研究与发展趋势    沐磊;王丽熙;黄芸;张其土;

Sol-Gel法制备纳米SnO_2掺杂PMMA透明复合材料    江国栋,王庭慰,沈晓冬

纳米ITO粉末爆炸压实及后续烧结工艺研究    李晓杰;张越举;阎鸿浩;陈涛;

水基Sn-In_2O_3纳米浆体的制备及其分散稳定研究    崔升;沈晓冬;林本兰;孙惠敏;

共沉淀法合成Pb_3Nb_2O_8纳米粉    赵辉,谢红,冯守华

二氧化钛表面包覆氧化硅纳米膜的热力学研究    崔爱莉,王亭杰,金涌,孙牧

络合法合成Sb掺杂SnO_2(ATO)纳米粉体    张建荣,高濂,顾达

ATO粉体的制备工艺及其导电性能的研究    尹大鹏;朱协彬;汪海涛;

纳米ATO粉体的制备及性能研究    张建荣,顾达,高濂,杨云霞

纳米金属氧化物粉体的液相制备和表征进展    刘辉,朱梅英,魏雨

纳米TiO_2粉体制备及其扫描电镜表征    李东,陈薇,禤汉元,周江

ZrO_2基纳米超微粉生产技术与粉体特性    陈大明，孟国文，张晨，曾燮榕，孙亚光，吕瑞行

硅灰石最小纳米化结构探讨及其粉体制备的研究现状    王焕磊;

纳米陶瓷与纳米陶瓷粉末    田明原,施尔畏,仲维卓,庞文琴,郭景坤

纳米Si/C/N复相粉体的微波吸收特性    赵东林,周万城

SiC和Si_3N_4纳米陶瓷粉体制备技术    黄政仁,江东亮

PET-PEE/ATO纳米复合材料制备及其非等温结晶行为研究    邓超;邵玮;顾锋;李春忠;

ATO基透明隔热新型PC阳光板研制    冯杰;钟明强;钱欣;董绍春;姚俊玲;

低成本新法制备ATO纳米粉体    白中胜;刘丹;陈云;宁光辉;许磊;

有机碳源原位还原碳化制备纳米VC粉体    林华;邹建;穆峰;李庆;

关于纳米粉体抗菌性能的讨论    陈志祥;

酒石酸铅纳米粉体的制备及表征    李青;姜标;

纳米粉体改性聚酯抗凝血性能的研究    鲁险锋;高扬;赵国梁;王晓春;

纳米ZrO_2提高水泥抗压强度机理的初探    范基骏;丛立庆;汤俊艳;韦宪;毛光远;

纳米ZrO_2粉体表面的特种光谱    戴遐明;艾德生;李庆丰;

多元纳米电压敏粉体的烧结动力学研究(二)    康雪雅;涂铭旌;

我国科学家首创纳米硫    黎昌政

纳米热中竟出伪纳米    记者 李琮

纳米安全该有个标准了    游雪晴

纳米科技：最富挑战性的关键技术    张立德

实施纳米标准 配套措施须跟上    巢新蕊

纳米产业化 步伐要加快    中国科学院固体物理研究所研究员 张立德

科技创新：纳米市场迎来新机遇    常经

为什么纳米专利仅几百？    本报记者付毅飞

纳米离我们并不遥远    李斌 沈路涛

纳米是怎么回事？    科言

纳米结构ATO和复合材料的制备及其电化学特性    潘成强

聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究    张贵军

纳米掺锑氧化锡（ATO）粉体制备及其浆料稳定性    刘述忠

ATO环境下制造商的零部件补货策略研究    李宇雨

电子制造业准ATO模式生产计划和生产控制方法研究    叶建芳

锶与钡的纳米铝酸盐和碳酸盐的结构控制合成及其性质    王莉

稀土掺杂纳米TiO_2的制备、性能及机理研究    许文苑

橡胶纳米增强机理及新型增强导热复合材料的制备、结构与性能研究    王振华

透明导电锡基氧化物纳米粉体的制备及应用研究    刘世民

不确定环境中基于ATO的零部件协同供应模式研究    李毅鹏

纳米ATO-TiO_2复合隔热自清洁材料的制备与性能表征    周志超

纳米ATO粒子分散技术及透光隔热涂料性能研究    李靖

溶胶—凝胶法制备纳米ATO粉体和薄膜及其结构与性能的研究    钟小华

ATO/聚甲基丙烯酸甲酯复合膜的制备与性能研究    李思莹

ATO/SiO_2大孔电极的制备及其电氧化性能研究    柴张琳

纳米氧化锡锑（ATO）透明隔热涂料的研究    杨玲玲

基于ATO/PU涂层技术制备透明隔热PC阳光板    董绍春

氧化锡锑（ATO）透明导电薄膜的脉冲激光沉积及其性能研究    李娜

ATO纳米粉体及其有机复合材料的合成与性能研究    朱冰洁

城际列车自动驾驶系统（ATO）的研究    林佳