一種鉀基熱致變色涂層及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種鉀基熱致變色涂層及其制備方法，所述的涂層以重量份計(jì)，包括以下組分：鉀基熱致變色前驅(qū)功能粉體50-80份和有機(jī)樹脂20-50份，其中，鉀基熱致變色前驅(qū)功能粉體為L(zhǎng)a0.7-0.8CaxKyMnO3，0<x+y≤0.3。本發(fā)明專利技術(shù)克服了錳氧化物陶瓷薄片實(shí)施的缺陷，克服了陶瓷薄片脆性導(dǎo)致成品率低，而且難以應(yīng)用到復(fù)雜表面的問題，制作工藝簡(jiǎn)單，涂層厚度易于控制，對(duì)試件規(guī)格無限制，易于規(guī)模化生產(chǎn)，大面積使用，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種鉀基熱致變色涂層及其制備方法，屬于航天熱控

技術(shù)介紹
摻雜二價(jià)堿土金屬元素的稀土錳氧化物材料具有熱致改變輻射特性。在合適的摻雜濃度條件下，錳氧化物材料屬性隨溫度變化發(fā)生鐵磁金屬態(tài)-順磁絕緣態(tài)轉(zhuǎn)變而呈現(xiàn)獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)以及磁學(xué)特性，并且可根據(jù)系統(tǒng)與設(shè)備的溫度水平，主動(dòng)調(diào)節(jié)自身輻射特性，控制系統(tǒng)與設(shè)備和外界環(huán)境之間的輻射能量交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)與設(shè)備溫度的控制與管理，使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。在建筑節(jié)能領(lǐng)域，可將其設(shè)計(jì)為具有輻射性能可控的智能窗玻璃或建筑物材料，實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼的節(jié)能效果；在航天器熱控
，可利用錳氧化物發(fā)射率隨溫度變化的熱致變色特性實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器表面溫度的自動(dòng)控制。當(dāng)航天器溫度升高時(shí)，用于其表面的錳氧化物材料的發(fā)射率增大，從而可將多余的熱量排散到外太空；而當(dāng)航天器處理冷環(huán)境時(shí)，表面溫度急劇降低，其所用錳氧化物材料的發(fā)射率也相應(yīng)地降低，從而實(shí)現(xiàn)無輔助裝置條件下阻止了航天器內(nèi)部熱量的損失。因其無外加輔助裝置而具有高效可靠的優(yōu)勢(shì)。目前這種材料的應(yīng)用方式主要是將該材料加工成亞毫米級(jí)厚度的陶瓷薄片(規(guī)格為40×40×0.3mm)并粘貼到相應(yīng)的基底材料上，其過程比較繁瑣，成品率較低；其次，樣品加工成薄片時(shí)導(dǎo)致過多的材料損耗，材料利用率較低；再有因陶瓷薄片韌性差的特點(diǎn)，導(dǎo)致陶瓷薄片厚度越薄，其機(jī)械性能就越差；最后，陶瓷薄片粘貼到基底上時(shí)，薄片之間的連接處存在較大的縫隙，使得材料難以大面積應(yīng)用，且這種薄片無法應(yīng)用于形狀復(fù)雜的構(gòu)件表面。與陶瓷薄片的應(yīng)用方式相比，涂層是一種比較理想的實(shí)施方式，盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)錳氧化物涂層開展了相關(guān)的研究，但要么沒有克服陶瓷薄片的缺陷要么沒有呈現(xiàn)出熱致改變輻射特性。其中，對(duì)比文獻(xiàn)1(DariusNikanpouretal.,AnAutonomousVariableEmittanceThermalRadiatiorForSmall&MicrosatTemperatureControl4thsymposiumofSmallSatellitesSystemsandServices,ESA,2008)采用脈沖激光沉積法在金屬基底上制備了(La,Sr)MnO3涂層，但其發(fā)射率基本沒有變化。對(duì)比文獻(xiàn)2(ChunhuaWu,etal.,ThermochromicpropertyofLa0.8Sr0.2MnO3thin-filmmaterialsputteredonquartzglass,JournalofAlloysandCompounds,2010,506,L22-L24)采用磁控濺射法在玻璃基底上制備了La0.8Sr0.2MnO3涂層，并報(bào)道了其發(fā)射率的變化，但因La0.8Sr0.2MnO3陶瓷材料較差的韌性，導(dǎo)致制備涂層過程中所用的La0.8Sr0.2MnO3陶瓷靶材料開裂，涂層沉積率低下；其次，錳氧化物的磁性對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽作用，濺射沉積時(shí)它們會(huì)減弱或改變靶表面的磁場(chǎng)分布，影響濺射效率。對(duì)比文獻(xiàn)3(范德松.基于熱致變色原理的表面熱輻射特性及其控制方法研究[D].南京理工大學(xué),No.51406086，2013)采用鉀部分取代鍶制備成含單價(jià)元素的鈣鈦礦錳氧化物塊體材料，但其發(fā)射率幾乎不隨溫度變化。對(duì)比文獻(xiàn)4(XingmeiShenetal.,InfraredemissivityofSrdopedlanthanummanganitesincoatingform,JournalofAlloysandCompounds,2011,509,8116-8119)用環(huán)氧樹脂、偶聯(lián)劑及填料與La0.8Sr0.2MnO3粉末混合形成漿料，并刷涂到基底上形成涂層，但其涂層的發(fā)射率并沒有隨溫度變化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種鉀基熱致變色涂層及其制備方法，實(shí)現(xiàn)了熱致變色涂層發(fā)射率調(diào)節(jié)，提高了發(fā)射率調(diào)節(jié)幅度12％，解決了錳氧化物熱控材料大面積應(yīng)用和復(fù)雜構(gòu)件表面應(yīng)用的難題，大大簡(jiǎn)化制備工藝，減輕了熱致變色器件的重量，提高了材料的利用率。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：一種鉀基熱致變色涂層，以重量份計(jì)，包括以下組分：鉀基熱致變色前驅(qū)功能粉體50-80份和有機(jī)樹脂20-50份。其中，鉀基熱致變色前驅(qū)功能粉體為L(zhǎng)a0.7-0.8CaxKyMnO3，0<x+y≤0.3。有機(jī)樹脂為80-90wt％熱塑性丙烯酸樹脂和10-20wt％固化劑氨基樹脂的混合物。或，有機(jī)樹脂為50-57份松油醇、8-12份固化劑乙基纖維素、20-26份添加劑丁基卡必醇醋酸酯和6-8份鄰苯二甲苯二丁酯的混合物。上述鉀基熱致變色涂層的制備方法，包括如下步驟：a.將硝酸錳、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鑭配成一定濃度的前驅(qū)體溶液，置于60-80℃水浴中加熱攪拌；b.將檸檬酸和乙二醇加入前驅(qū)體溶液中，繼續(xù)攪拌獲得前驅(qū)體膠狀物，其中，檸檬酸質(zhì)量為金屬離子的0.8-1.15倍，乙二醇與前驅(qū)體溶液中的金屬離子的比例為為10-15：1ml/mol；c.將步驟b得到的膠狀物經(jīng)過低溫煅燒，高溫退火后得到鉀基前驅(qū)體粉末，其中，煅燒溫度為300-500℃，煅燒時(shí)間為2～4h，退火溫度為700-950℃，退火時(shí)間為5～10h；d.以有機(jī)樹脂為有機(jī)載體，鉀基前驅(qū)體粉末為顏料，在高能球磨機(jī)中研磨得到混合均勻的涂層漿料；e.將涂層漿料涂覆在基底上并固化得到鉀基熱致變色涂層。步驟a中，硝酸鑭、硝酸鈣、硝酸鉀、硝酸錳的質(zhì)量比為85～90：3～7：1～4：100～110，前驅(qū)體溶液的質(zhì)量濃度50～70％。步驟c中，升溫速率為3-5min/℃。步驟e中，固化溫度為80-200℃，涂層厚度不低于2μm；基底選用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ或鋁片Al等耐溫高于80℃的基底材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果為：1.本專利技術(shù)可適用于系統(tǒng)與設(shè)備溫度的熱控制與熱管理，特別適用于航天器熱控系統(tǒng)、冬冷夏熱地區(qū)的建筑物表面或墻體。2.本專利技術(shù)克服了錳氧化物陶瓷薄片實(shí)施的缺陷，克服了陶瓷薄片脆性導(dǎo)致成品率低，而且難以應(yīng)用到復(fù)雜表面的問題。3.本專利技術(shù)制作工藝簡(jiǎn)單，涂層厚度易于控制，對(duì)試件規(guī)格無限制，易于規(guī)模化生產(chǎn)，大面積使用，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。附圖說明圖1是本專利技術(shù)鉀基熱致變色涂層制備方法流程圖。圖2是本專利技術(shù)所述鉀基超細(xì)粉體的X射線衍射圖。圖3是本專利技術(shù)鉀基熱致變色涂層的掃描電鏡圖。圖4是本專利技術(shù)鉀基熱致變色涂層的能譜圖。圖5是本專利技術(shù)鉀基熱致變色涂層輻射特性圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步描述。先利用溶液驅(qū)動(dòng)法制備出鉀基熱致變色前驅(qū)粉體，再與本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鉀基熱致變色涂層，其特征在于，以重量份計(jì)，包括以下組分：50?80份鉀基熱致變色前驅(qū)功能粉體和20?50份有機(jī)樹脂，其中，鉀基熱致變色前驅(qū)功能粉體為L(zhǎng)a0.7?0.8CaxKyMnO3，0<x+y≤0.3。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鉀基熱致變色涂層，其特征在于，以重量份計(jì)，包括以下組分：
50-80份鉀基熱致變色前驅(qū)功能粉體和20-50份有機(jī)樹脂，
其中，鉀基熱致變色前驅(qū)功能粉體為L(zhǎng)a0.7-0.8CaxKyMnO3，0<x+y≤0.3。
2.如權(quán)利要求1所述的鉀基熱致變色涂層，其特征在于，有機(jī)樹脂為80-90wt％熱
塑性丙烯酸樹脂和10-20wt％固化劑氨基樹脂的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的鉀基熱致變色涂層，其特征在于，有機(jī)樹脂為50-57份松油
醇、8-12份固化劑乙基纖維素、20-26份添加劑丁基卡必醇醋酸酯和6-8份鄰苯二甲苯
二丁酯的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的鉀基熱致變色涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
a.將硝酸錳、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鑭配成前驅(qū)體溶液，置于60-80℃水浴中加熱
攪拌；
b.將檸檬酸和乙二醇加入前驅(qū)體溶液中，繼續(xù)攪拌獲得前驅(qū)體膠狀物，其中，檸檬
酸質(zhì)量為金屬離子的0.8-1.15倍，乙二醇與前驅(qū)體溶液中的金屬離子的比例為為1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：范德松，李強(qiáng)，宣益民，郭麗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32