过渡金属氧化物系列红外辐射材料研究

摘要

本文合成了xFe<,2>O<,3>-(80-x)MnO<,2>-10Co<,2>O<,3>-10CuO、xFe<,2>O<,3>-(80-x)MnO<,2>-10Co<,2>O<,3>-10CuO-y Ni<,2>O<,3>-(60-y)Cr<,2>O<,3>和xFe<,2>O<,3>-(80-x)MnO<,2>-10Co<,2>O<,3>-10CuO-tTiO<,2>三个系列材料，并控制不同的合成工艺条件，制得了辐射性能优良的红外辐射材料。采用多种手段对样品全波段辐射率以及各个波段内的积分辐射率进行了评估，并利用XRD、SEM、FT-IR、XPS等多种现代测试技术对材料的微观结构内部离子状态等进行了表征，以研究组成与工艺变化对材料结构与性能的影响，主要结果如下： 1．对Fe-Mn-Co-Cu体系材料进行掺杂，制得了辐射性能优良的材料，其全波段辐射率达0.93～0.94； 2．在还原气氛中烧成和使样品快速冷却均有利于较短波段辐射率的提高，但长波段的辐射率有微弱降低； 3．Fe<,2>O<,3>、MnO<,2>为主要成分时，均可形成尖晶石结构，并且MnO<,2>为主时材料结晶较为理想，晶粒较细且均匀，当Fe<,2>O<,3>含量增加时，材料晶粒将迅速长大。 4．向Fe-Mn-Cu-Co系列材料中掺入Cr<,2>O<,3>时，Cr离子能有效的溶入尖晶石晶格，使得整个材料仍保持尖晶石结构；当掺入超过40％的Ni<,2>O<,3>时，由于Ni离子占位能力较弱，不能完全溶入尖晶石晶格，从而破坏尖晶石结构，使材料辐射性能下降； 5．向Fe-Mn-Cu-Co系列材料中掺入TiO<,2>时，Ti离子将大部分进入尖晶石晶格，形成组分复杂的多种尖晶石矿物，并一方面导致晶体中Mn、Fe等元素呈现较低价态，另一方面导致晶格较大程度的畸变，这些都有利于全波段红外辐射率的提高；但当TiO<,2>掺入量达40％时，具有比Mn离子更大占位能力的Ti离子将Mn离子从尖晶石晶格中排除出来，形成MnO<,2>，将使材料辐射性能降低：

目录

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第一章绪 论

1红外辐射理论基础

1.1电磁波谱

1.2红外辐射

1.3红外辐射的基本特点

1.4红外辐射的基本规律

1.5热辐射体的分类

2红外辐射材料简介

2.1红外辐射材料的分类

2.2红外辐射材料的应用

2.3红外辐射材料的节能机理

3红外辐射材料与装置的研究历史、现状及展望

4本课题研究意义、目的及依据

4.1本研究之目的

4.2本研究之依据与内容

第二章体系与工艺设计及表征手段

1组成体系设计

2合成工艺的实验设计

2.1合成温度及升温制度确定

2.2试样合成气氛条件设定

2.3样品合成的降温方式设定

3性能与结构测试

3.1外辐射率测定

3.2 X射线衍射分析(XRD)

3.3傅立叶变换红外光谱测试(FT-IR)

3.4扫描电子显微镜分析(SEM)

3.5 X射线光电子能谱分析(XPS)

第三章x Fe2O3-(80-x)MnO2-10Co2O3-10CuO系列研究

1样品制备

2性能与影响因素探讨

2.1材料红外辐射率的测定

2.2组成对红外辐射率的影响

2.3烧成温度对辐射率的影响

2.4烧成气氛对红外辐射率的影响

2.5冷却方式对红外辐射率的影响

3样品结构表征

3.1 XRD分析

3.2 SEM研究

3.3傅立叶变换红外吸收光谱(FT-IR)分析

4本章小结

第四章x Fe2O3-(80-x)MnO2-10 Co2O3-10 CuO-y Ni2O3-(60-y)Cr2O3体系研究

1样品制备

2红外辐射性能表征及影响因素探讨

2.1红外辐射性能表征

2.2试样组分对材料辐射率的影响

2.3烧成气氛对红外辐射率的影响

2.4冷却方式对红外辐射率的影响

3材料结构表征

3.1 XRD分析

3.2 SEM研究

3.3傅立叶变换红外吸收光谱(FT-IR)分析

3.4光电子能谱分析(XPS)

4本章小结

第五章xFe2O3-(80-x)MnO2-10Co2O3-10CuO-tTiO2体系研究

1样品制备

2红外辐射性能表征及影响因素探讨

2.1红外辐射性能表征

2.2组分对辐射率的影响

2.3烧成气氛对红外辐射率的影响

2.4冷却方式对红外辐射率的影响

3材料结构的表征

3.1 XRD分析

3.2 SEM研究

3.3傅立叶变换红外吸收光谱(FT-IR)分析

3.4光电子能谱分析(XPS)

4本章小结

第六章结论

参考文献

附件

致谢