本文關(guān)鍵詞：鈣鈦礦型高發(fā)射率紅外輻射材料的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：紅外輻射材料是一種能夠提高輻射傳熱效率的材料,在高溫節(jié)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景�，F(xiàn)階段,對于紅外輻射節(jié)能材料的研究主要集中在非氧化物體系和氧化物體系材料。非氧化物體系材料在較寬的波段具有較高的紅外發(fā)射率,但是其耐高溫抗氧化能力較差,很難在高溫氧化氛圍下長期穩(wěn)定服役。因此,本論文將氧化物體系材料作為研究的焦點。通過對比各種氧化物體系紅外輻射材料的優(yōu)缺點,本論文以鈣鈦礦型紅外輻射材料為研究對象,通過摻雜的方式,對其近紅外和3-5μm波段的紅外輻射性能進行了研究,并揭示了摻雜提升其紅外輻射性能的物理機制。隨后將獲得的短波段具有高發(fā)射率的紅外輻射材料制備成涂層,對其紅外輻射性能進行了表征,并對其節(jié)能效果作出了評價。1.通過固相燒結(jié)的方式獲得了Ca2+摻雜La FeO_3基紅外輻射材料,研究了Ca2+摻雜量對樣品紅外輻射性能的影響,并揭示了Ca2+摻雜提升LaFeO_3基材料紅外發(fā)射率的物理機制。發(fā)現(xiàn)Ca2+摻雜可顯著提高LaFeO_3基材料在0.76-2.5μm和3-5μm波段的紅外發(fā)射率。當Ca2+摻雜濃度x=0.1時,LaFeO_3基材料在0.76-2.5μm和3-5μm波段的的紅外發(fā)射率ε取得最大值,分別為0.88和0.90。Ca2+的引入,使得LaFeO_3基紅外輻射材料的吸收光譜由可見光區(qū)域(0.59μm)拓寬至中紅外區(qū)域(12.4μm),增加了材料的紅外吸收范圍,從而提高了LaFe O_3的紅外輻射性能。2.通過采用Ca2+替代LaCrO_3中的La3+,制備了LaCrO_3基紅外輻射材料。并研究了Ca2+摻雜量對樣品的紅外輻射性能的影響,進而給出了摻雜致使樣品紅外發(fā)射率提高的原因。研究發(fā)現(xiàn)Ca2+摻雜可有效提高LaCrO_3基材料在0.76-2.5μm和3-5μm波段的紅外發(fā)射率。當Ca2+摻雜濃度x=0.2時,LaCrO_3基紅外輻射材料在0.76-2.5μm和3-5μm波段的的發(fā)射率ε取得最大值,均為0.94。Ca2+的摻雜拓寬了LaCrO_3的吸收光譜,使得其吸收光譜由可見光范圍延伸至近紅外波段(0.58→3.9μm),從而增強了LaCrO_3的紅外輻射性能。3.通過固相燒結(jié)的工藝制備了La0.8Ca0.2Al1-xCrxO_3紅外輻射材料,并研究了不同Cr元素摻雜量對樣品的紅外發(fā)射率的影響,通過能帶計算揭示了其發(fā)射率提高的物理機制。研究表明僅需少量的Ca-Cr共摻即可獲得優(yōu)異的紅外輻射材料。當Cr元素摻雜量x=0.1時,樣品在近紅外和3-5μm波段發(fā)射率取得最優(yōu)值,均為0.91。通過第一性原理,明確了Ca-Cr共摻對LaAlO_3紅外發(fā)射率影響的物理機制,即Cr元素的引入,降低了樣品材料的禁帶寬度(3.35eV→0.11eV),增大了自自由載流子濃度,提高了自由載流子吸收,從而提升了樣品材料的紅外輻射性能。4.為檢驗所制備紅外輻射材料的節(jié)能效果,本論文以La0.8Ca0.2Al0.9Cr0.1O_3為紅外輻射基料制備了鈣鈦礦型紅外輻射涂層。測得涂層在近紅外和3-5μm波段的紅外發(fā)射率,分別為0.90和0.89。通過高溫紅外輻射爐對其高溫輻射性能進行了評價,發(fā)現(xiàn)涂層在高溫下具有升溫速率快,熱平衡溫度高的優(yōu)點。借助燒水試驗對涂層的節(jié)能效果進行了評價,研究表明高發(fā)射率涂層可有效強化輻射換熱,提高熱量利用效率,加快水的升溫速率(0.44℃/s→0.76℃/s),縮短了加熱時間(161s→104s),實現(xiàn)了35.4%的節(jié)能效果。本研究中所采用的鈣鈦礦型紅外輻射材料具有耐高溫、抗氧化、近紅外和3-5μm波段紅外發(fā)射率高的優(yōu)點,有望應(yīng)用于高溫紅外節(jié)能領(lǐng)域,為我國的高溫節(jié)能做出一定的貢獻。
【關(guān)鍵詞】：紅外輻射 鈣鈦礦 摻雜 發(fā)射率 節(jié)能
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 紅外輻射簡介12-14
• 1.2.1 紅外輻射的概念12-13
• 1.2.2 黑體和灰體的理論模型13-14
• 1.3 紅外輻射的基本定律14-16
• 1.3.1 普朗克定律14-15
• 1.3.2 維恩位移定律15
• 1.3.3 斯蒂芬-玻爾茲曼定律15
• 1.3.4 基爾霍夫定律15-16
• 1.4 紅外輻射材料的研究進展16-23
• 1.4.1 非氧化物體系16-18
• 1.4.2 氧化物體系18-23
• 1.5 紅外輻射材料的應(yīng)用23
• 1.6 本課題的研究意義和內(nèi)容23-25
• 1.6.1 本課題的研究意義23-24
• 1.6.2 本課題的研究內(nèi)容24-25
• 第二章 實驗原料和研究方法25-28
• 2.1 實驗原料25
• 2.2 實驗儀器和設(shè)備25
• 2.3 研究方法25-28
• 2.3.1 物相分析25-26
• 2.3.2 微觀形貌分析26
• 2.3.3 紅外輻射性能分析26
• 2.3.4 元素價態(tài)分析26
• 2.3.5 紅外輻射傳熱能力測試26-28
• 第三章 LaFeO_3基紅外輻射材料的制備與性能表征28-35
• 3.1 LaFeO_3基紅外輻射材料的制備28
• 3.2 結(jié)果與討論28-34
• 3.2.1 物相組成分析28-29
• 3.2.2 微觀形貌分析29-30
• 3.2.3 紅外輻射性能分析30-33
• 3.2.4 能譜分析33-34
• 3.3 小結(jié)34-35
• 第四章 LaCrO_3基紅外輻射材料的制備與性能表征35-41
• 4.1 紅外輻射材料的制備35
• 4.2 結(jié)果與討論35-40
• 4.2.1 物相分析35-36
• 4.2.2 微觀形貌分析36-37
• 4.2.3 紅外輻射性能分析37-39
• 4.2.4 輻射傳熱性能評價39-40
• 4.3 小結(jié)40-41
• 第五章 LaAlO_3基紅外輻射材料的制備與性能表征41-47
• 5.1 紅外輻射材料的制備41
• 5.2 結(jié)果與討論41-46
• 5.2.1 物相組成分析41-42
• 5.2.2 微觀形貌分析42-43
• 5.2.3 紅外輻射性能分析43-45
• 5.2.4 能帶分析45-46
• 5.3 小結(jié)46-47
• 第六章 紅外輻射涂層的制備與性能評價47-54
• 6.1 紅外輻射涂層的制備47-48
• 6.2 結(jié)果與討論48-52
• 6.2.1 物相組成與微觀形貌分析48
• 6.2.2 微觀形貌分析48-49
• 6.2.3 涂層的紅外輻射性能分析49-50
• 6.2.4 高溫紅外輻射性能評價50-51
• 6.2.5 涂層的節(jié)能評價51-52
• 6.3 小結(jié)52-54
• 第七章 結(jié)論54-55
• 參考文獻55-61
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文與研究成果61-62
• 致謝62

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