近红外反射陶瓷色料的研究进展*

2020-07-06张缇

陶瓷 2020年5期

张缇

(佛山欧神诺陶瓷有限公司广东佛山 528138)

太阳光谱由5%的紫外线(300～400 nm)、43%的可见光(400～700 nm)和52%的近红外辐射(NIR，700～2 500 nm)组成。在日常生活中，城市建筑物表面吸收太阳光辐射后，室内温度会升高，不仅影响了居住环境的舒适性，同时也加剧了建筑的制冷能耗。近期研究表明“冷材料/冷色料”可反射太阳辐射，尤其是近红外辐射，可减少建筑物吸收的太阳能量。因此，为减少空调制冷的电能消耗，多种“冷材料/冷色料”产品被作为新型节能建筑材料，来用于城市建筑铺装。

相较于有机色料，陶瓷色料化学和热稳定性优异，可适用于陶瓷釉料和热塑性塑料等材料。因此，近红外反射陶瓷色料得到了更为广泛地研究和关注。近红外反射陶瓷色料按颜色可分为白色、黑色以及有色色料；按结构可分为氧化物型、离子掺杂型、包裹型色料。笔者主要介绍了近红外反射陶瓷色料的研究进展，包括色料的颜色分类以及合成方法等。

1 近红外反射陶瓷色料的颜色分类

近红外反射陶瓷色料的颜色分类如表1所示。

1.1 白色陶瓷色料

近红外反射白色陶瓷色料主要是金红石型二氧化钛(TiO2)[1]色料和锌白(ZnO)[2]色料。白色色料的光学特性归因于在可见光范围内的低吸光度和高散射性能。金红石型TiO2用于近红外反射白色陶瓷色料时，可用Al、Li和K等元素进行离子掺杂，进一步提高其日光反射率。

表1 近红外反射陶瓷色料的颜色分类

1.2 黄/橙色陶瓷色料

钛酸镍(NiTiO3)是一种常规黄色陶瓷色料，具有62.1%的近红外反射率[39]。He等[13]合成了核壳结构的NiTiO3@TiO2色料，通过复合结构设计提高了NiTiO3色料的近红外反射率。另一种近红外反射黄色陶瓷色料基于钒酸铋(BiVO4)，BiVO4的光学带隙为2.14～2.51 eV，可产生鲜艳的黄色。Sandhya等[40]用Ta/P取代BiVO4中的V，进一步提高了其呈色性能和近红外反射率。

1.3 红/棕色陶瓷色料

Li等[17]通过高温热解法合成了Cr2O3-3TiO2近红外反射橙色陶瓷色料。Thongkanluang等[24]以Fe2O3为主体，加入Sb2O3、SiO2、Al2O3和TiO2，合成了近红外反射率为41%的近红外反射棕色陶瓷色料。Liu等[20]合成了Zn1-xMgxFe2O4近红外反射陶瓷色料，在ZnFe2O4中掺入Mg2+，色料颜色由砖红色变为深棕色，近红外反射率≥51%。Zhang等[41]通过共沉淀反应和随后的热处理合成了(Cu/In)共掺杂ZnSxSe1-x色料，通过改变Cu/In掺杂比，色料呈现出从白色渐变为黄色、亮黄色、橙色、红橙色、红色再到棕红色等诸多颜色，色料的近红外反射率均大于60%。

1.4 绿色陶瓷色料

铬绿(Cr2O3)色料因其高的近红外反射特性(约为50%～57%)，通常被作为近红外反射绿色陶瓷色料使用。Liang等[29]通过CrOOH的热分解制备出了Ti掺杂Cr2O3绿色陶瓷色料，在Cr2O3中掺杂Ti4+将Cr2O3色料的近红外反射率从84.04%提高至91.25%，并增加了色料亮度。Jose等[28]通过微乳液法合成了Y2BaCuO5红外反射绿色陶瓷色料，近红外反射率为50%。

1.5 蓝/紫色陶瓷色料

目前使用最多的蓝色陶瓷色料为钴蓝(CoAl2O4)，为了增强传统钴蓝陶瓷色料的近红外反射率，Hedayati等[34]采用溶胶-凝胶法，用Zn2+替代Co2+，Al3+替代Cr3+，合成了一系列Co1-xZnxCr2-yAlyO4色料，在减少钴、铬含量的同时，也提高了色料的近红外反射率。Li等[37]在YIn1-xMnxO3蓝色色料基础上，通过离子掺杂合成了YIn1-x-2y-zMnxTiyZnyAlzO3紫色陶瓷色料。添加Al会增加YIn1-xMnxO3色料的红度，从而呈现出紫色，该紫色陶瓷色料近红外反射率高达90%。

1.6 黑色陶瓷色料

市售黑色陶瓷色料一般为黑色尖晶石结构，如(Fe,Co)(Fe,Cr)2O4、(Ni,Fe)(Fe,Cr)2O4。Oka等[38]为了优化Ca2MnO4色料的颜色和隔热性能，通过固相法将Ti4+掺入到Ca2MnO4中的Mn4+位置，合成了Ca2Mn1-xTixO4近红外反射黑色陶瓷色料，色料的近红外反射率为66.2%。