RU2702688C1 - SOLAR REFLECTOR BASED ON BaSO4 POWDER, MODIFIED WITH NANOPARTICLES OF Al2O3 - Google Patents

SOLAR REFLECTOR BASED ON BaSO4 POWDER, MODIFIED WITH NANOPARTICLES OF Al2O3 Download PDF

Info

Publication number
RU2702688C1
RU2702688C1 RU2019108514A RU2019108514A RU2702688C1 RU 2702688 C1 RU2702688 C1 RU 2702688C1 RU 2019108514 A RU2019108514 A RU 2019108514A RU 2019108514 A RU2019108514 A RU 2019108514A RU 2702688 C1 RU2702688 C1 RU 2702688C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanoparticles
pigment
powder
absorption coefficient
modified
Prior art date
Application number
RU2019108514A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Михайлович Михайлов
Семен Александрович Юрьев
Алексей Николаевич Лапин
Виталий Владимирович Нещименко
Виктория Юрьевна Юрина
Илья Сергеевич Ващенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority to RU2019108514A priority Critical patent/RU2702688C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2702688C1 publication Critical patent/RU2702688C1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/52—Protection, safety or emergency devices; Survival aids
    • B64G1/54—Protection against radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/46—Sulfates
    • C01F11/462—Sulfates of Sr or Ba
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
    • C09C1/027—Barium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/06—Treatment with inorganic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/004—Reflecting paints; Signal paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/26—Thermosensitive paints
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Critical Care (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention can be used in space engineering, in optical instrument-making, in construction industry. Pigment for coatings of the class "solar optical reflectors" is prepared from powder of barium sulphate, which is modified with nanoparticles of aluminum oxide in amount of 5 wt%.
EFFECT: invention increases pigment reflectance and reduces integral absorption coefficient as solar radiation from 0,062 to 0,035.
1 cl, 3 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим высокую отражательную способность в широком спектральном диапазоне. Такими устройствами могут быть интегрирующие сферы оптических приборов, радиаторы терморегулирования космических аппаратов, окрашенные поверхности бытового и промышленного назначения. В таких устройствах на конструктивные поверхности наносят покрытия, предназначенные для максимального отражения солнечного электромагнитного излучения или искусственных источников света и поддержания температуры объектов, на которые они нанесены. Изобретение может быть использовано в космической технике, в оптическом приборостроении а также в строительной индустрии.The invention relates to devices providing high reflectivity in a wide spectral range. Such devices may include integrating spheres of optical instruments, space temperature regulators, painted surfaces for domestic and industrial use. In such devices, coatings are applied to the structural surfaces to maximize the reflection of solar electromagnetic radiation or artificial light sources and maintain the temperature of the objects on which they are applied. The invention can be used in space technology, in optical instrumentation as well as in the construction industry.

Порошки сульфата бария относятся к пигментам, которые перспективны для приготовления терморегулирующих покрытий, так как обладает большой шириной запрещенной зоны, что обеспечивает малое значение интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (as). В сочетании с большой интегральной полусферической излучательной способностью в инфракрасной области спектра (ε) они обеспечивают малое значение отношения as/ε, что позволяет отнести их к перспективным пигментам для ТРП класса «оптические солнечные отражатели».Barium sulfate powders are pigments that are promising for the preparation of temperature-controlled coatings, since they have a large band gap, which ensures a small value of the integral absorption coefficient of solar radiation (a s ). In combination with a large integrated hemispherical emissivity in the infrared region of the spectrum (ε), they provide a small value of the ratio a s / ε, which allows us to attribute them to promising pigments for TRPs of the class “optical solar reflectors”.

Уравнение теплового баланса КА определяется потоком поглощенной энергии электромагнитного излучения Солнца и потоком излученной энергии, поступающей через солнечные батареи и превращенной в электрический ток работающих приборов и устройств. Величина коэффициента as определяет площадь радиаторов терморегулирования КА согласно выражения:The heat balance equation of the spacecraft is determined by the flux of absorbed energy of electromagnetic radiation from the sun and the flux of radiated energy coming through the solar panels and converted into electric current by working instruments and devices. The value of the coefficient as determines the area of the spacecraft thermal control radiators according to the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Qпогл, Qизл - поглощенный и излученный КА поток энергии, J - интенсивность излучения Солнца, Sпогл, Sизл - поглощающая и излучающая площади, ε и σ - излучательная способность и постоянная Стефана - Больцмана, Т - температура излучающей поверхности.where Q sweep , Q rad is the energy flux absorbed and emitted by the spacecraft, J is the solar radiation intensity, S swl , S rad is the absorbing and emitting area, ε and σ are the emissivity and the Stefan - Boltzmann constant, and T is the temperature of the radiating surface.

Коэффициент поглощения as рассчитывают по формуле:The absorption coefficient a s is calculated by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Rs - среднеарифметическое значение коэффициента диффузного отражения, рассчитанное по 24 точкам на длинах волн, соответствующих равноэнергетическим участкам спектра излучения Солнца; Iλ - спектральная интенсивность излучения солнца; (λ1-λ2) - спектральный диапазон излучения Солнца; n - число точек на шкале длин волн, в которых рассчитывали значения коэффициента диффузного отражения.where R s is the arithmetic mean of the diffuse reflection coefficient calculated from 24 points at wavelengths corresponding to the equal-energy sections of the solar radiation spectrum; I λ is the spectral intensity of solar radiation; (λ 1 -λ 2 ) is the spectral range of solar radiation; n is the number of points on the wavelength scale at which the values of the diffuse reflection coefficient were calculated.

Для уменьшения поглощенной энергии Qпогл необходимо уменьшать коэффициент поглощения as, определяемый спектром диффузного отражения, т.е. необходимо увеличить коэффициент отражения по всему спектру или в отдельных его частях. Увеличение коэффициента отражения может быть достигнуто изменением гранулометрического состава порошка пигмента и уменьшением концентрации примесей - повышением чистоты.To reduce the absorbed energy Q, it is necessary to reduce the absorption coefficient a s determined by the diffuse reflection spectrum, i.e. it is necessary to increase the reflection coefficient throughout the spectrum or in its individual parts. An increase in the reflection coefficient can be achieved by changing the particle size distribution of the pigment powder and by reducing the concentration of impurities - by increasing the purity.

Известны различные способы уменьшения интегрального коэффициента поглощения пигментов и ТРП, изготовленных на их основе.There are various methods for reducing the integral absorption coefficient of pigments and TRP made on their basis.

Способ №1Method number 1

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении красок, т.е. таких же покрытий. Пигментный композит содержит основу из диоксида титана и слои оксидов циркония и алюминия [Патент РФ №2135536]. Полученную суспензию нагревают до 46-50°С. Частицы TiO2 диспергируют в воде, добавляют диспергатор (гексаметафосфат натрия)], добавляют раствор H2SO4 для поддержания рН от 7 до 9. Вводят раствор сульфата циркония. Осаждают 0,1-2,5% гидроксида циркония от массы TiO2 в пересчете на ZrO2. Добавляют водный раствор NaOH для поддержания рН от 7 до 9. Вводят водный раствор алюмината натрия. Осаждают 3,5-4% гидроксида алюминия от массы TiO2 в пересчете на Al2O3. Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой и сушат при 110°С. Измельчают. Пигментный композит имеет улучшенные оптические свойства по сравнению с исходным пигментом диоксида титана, такие, как рассеяние, блеск, яркость и цвет. Недостатком данного способа является большое число операций: нанесение слоев диоксида циркония и алюминия на поверхность частиц пигмента, их прогрев, добавление серной кислоты для создания необходимого pH раствора, введение водного раствора алюмината натрия, осаждение гидроксида алюминия, фильтрование, промывка и сушка раствора.The invention relates to the chemical industry and can be used in the manufacture of paints, i.e. same coatings. The pigment composite contains a base of titanium dioxide and layers of zirconium and aluminum oxides [RF Patent No. 2135536]. The resulting suspension is heated to 46-50 ° C. Particles of TiO 2 are dispersed in water, a dispersant (sodium hexametaphosphate) is added], a solution of H 2 SO 4 is added to maintain a pH of 7 to 9. A zirconium sulfate solution is introduced. Precipitated 0.1-2.5% zirconium hydroxide by weight of TiO 2 in terms of ZrO 2 . An aqueous solution of NaOH is added to maintain a pH of 7 to 9. An aqueous solution of sodium aluminate is introduced. Precipitated 3.5-4% aluminum hydroxide by weight of TiO 2 in terms of Al 2 O 3 . The resulting product is filtered off, washed with water and dried at 110 ° C. Chopped. The pigment composite has improved optical properties compared to the original titanium dioxide pigment, such as scattering, gloss, brightness and color. The disadvantage of this method is the large number of operations: applying layers of zirconium dioxide and aluminum on the surface of the pigment particles, heating them, adding sulfuric acid to create the desired pH of the solution, introducing an aqueous solution of sodium aluminate, precipitating aluminum hydroxide, filtering, washing and drying the solution.

Способ №2Method number 2

Изобретение относится к пигментному рутильному диоксиду титана, к способу его получения и может быть использовано в производстве красок, пластмасс и слоистых пластинок на бумажной основе. Сущность изобретения заключается в пигменте, состоящем из частиц диоксида титана с осажденными на них оксидом церия в количестве 0,01-1 масс. % и плотным аморфным диоксидом кремния в количестве 1-8 масс. % от количества диоксида титана [Патент РФ №2099372]. Пигмент может быть дополнительно покрыт гидроксидом алюминия в количестве 2-4 мас. % от количества диоксида титана. Далее добавляют водорастворимый силикат в количестве 1-6 мас. % и минеральную кислоту для осаждения, по крайней мере, при рН 8 плотного аморфного диоксида кремния, при этом шлам непрерывно перемешивают и поддерживают температуру 60-100°С на протяжении всего процесса осаждения. Дополнительно к шламу добавляют водный раствор алюмината натрия и серную кислоту для осаждения гидроксида алюминия. Пигмент по изобретению обладает улучшенной прочностью, улучшенной устойчивостью к фотохимическому разложению.The invention relates to pigment rutile titanium dioxide, to a method for its production and can be used in the manufacture of paints, plastics and laminated plates on a paper basis. The invention consists in a pigment consisting of particles of titanium dioxide with cerium oxide deposited on them in an amount of 0.01-1 mass. % and dense amorphous silicon dioxide in an amount of 1-8 mass. % of the amount of titanium dioxide [RF Patent No. 2099372]. The pigment may be further coated with aluminum hydroxide in an amount of 2-4 wt. % of the amount of titanium dioxide. Then add water-soluble silicate in an amount of 1-6 wt. % and mineral acid for precipitation, at least at pH 8 of dense amorphous silica, while the sludge is continuously mixed and maintained at a temperature of 60-100 ° C throughout the entire deposition process. In addition to the sludge, an aqueous solution of sodium aluminate and sulfuric acid are added to precipitate aluminum hydroxide. The pigment according to the invention has improved strength, improved resistance to photochemical decomposition.

Недостатком способа №2 является многоступенчатость химических реакций и большое число реагентов, необходимых для их осуществления, а также отсутствие данных по качеству наносимых слоев на поверхность зерен порошков диоксида титана, что не позволяет определить целесообразность нанесения последующих слоев, после нанесения предыдущих. Например, после нанесения слоя CeO2 оптические свойства полученной композиции не определялись и не была доказана необходимость нанесение еще слоя SiO2, а после нанесения слоя ZrO2 оптические свойства и фото- и радиационная стойкость полученной композиции не определялись и не была доказана необходимость нанесение еще слоя Al2O3.The disadvantage of method No. 2 is the multi-stage chemical reactions and the large number of reagents necessary for their implementation, as well as the lack of data on the quality of the applied layers on the grain surface of titanium dioxide powders, which does not allow to determine the appropriateness of applying the subsequent layers after applying the previous ones. For example, after applying a CeO 2 layer, the optical properties of the resulting composition were not determined and the need to apply another SiO 2 layer was not proved, and after applying a ZrO 2 layer, the optical properties and photo and radiation resistance of the resulting composition were not determined and the need to apply another layer was not proved Al 2 O 3 .

Отражательную способность и радиационную стойкость порошков - пигментов можно увеличить путем удаления с их поверхности физически и химически сорбированных газов и осаждения вместо них молекул кислорода. Для удаления сорбированных газов достаточно прогрева порошков при температуре, обеспечивающей преодоление сил притяжения молекул и разрыв химических связей. Температура десорбции физически сорбированных газов для различных комбинаций молекула газа - тип порошка различная и составляет насколько сотен градусов. Для химически сорбированных газов она выше и колеблется от 400оС до 800°С для различных комбинаций молекула газа - тип порошка [Волькенштейн Ф.Ф. Физикохимия поверхности полупроводников. М: Наука, 1973, 340 с.]. Для осаждения на поверхности и насыщения поверхностных слоев порошков молекулами кислорода достаточно осуществить такой прогрев на воздухе при атмосферном давлении.The reflectivity and radiation resistance of pigment powders can be increased by removing physically and chemically sorbed gases from their surface and precipitating oxygen molecules instead. To remove the sorbed gases, it is enough to heat the powders at a temperature that provides overcoming the attractive forces of molecules and breaking chemical bonds. The desorption temperature of physically sorbed gases for various combinations of gas molecules - the type of powder is different and is as much as hundreds of degrees. For chemically sorbed gases, it is higher and ranges from 400 ° C to 800 ° C for various combinations of the gas molecule - type of powder [Volkenstein F.F. Physicochemistry of the surface of semiconductors. M: Science, 1973, 340 pp.]. For deposition on the surface and saturation of the surface layers of powders with oxygen molecules, it is sufficient to carry out such heating in air at atmospheric pressure.

Способ №3Method number 3

Разработана композиция [Reflective Coating Composition. Application: 2008150546/15, 19.12.2008. Effective date for property rights: 19.12.2008. Inventor(s): Zhabrev V.A., Kuznetsova L.A., Efimenko L.P. et. al. Proprietor(s): Uchrezhdenie Rossijskoj akademii nauk Institut khimiisilikatov imeni I.V. Grebenshchikova (IKhS RAN)] для получения светостойкого отражающего покрытия, включающая в качестве наполнителя механическую смесь оксидов металла ZrO2 (30-55 мас. %) и MgO (25-35 мас. %) с размером частиц 80-120 нм, в качестве связующего - жидкое стекло (20-25 мас. %). Недостатком данной композиции является то, что пигмент полностью на 100% состоит из наночастиц, стоимость которых во много раз превышает стоимость этих же соединений с частицами микронных размеров. Нанопорошки используются не эффективно с точки зрения повышения светостойкости, поскольку для этих целей достаточно несколько процентов наночастиц от массы пигмента, который они обволакивают, создавая слои, выступающие в качестве центров релаксации первичных дефектов, образованных облучением.The composition [Reflective Coating Composition. Application: 2008150546/15, 12.19.2008. Effective date for property rights: 12.19.2008. Inventor (s): Zhabrev VA, Kuznetsova LA, Efimenko LP et. al. Proprietor (s): Uchrezhdenie Rossijskoj akademii nauk Institut khimiisilikatov imeni IV Grebenshchikova (IKhS RAN)] to obtain a light-resistant reflective coating, comprising as a filler a mechanical mixture of metal oxides ZrO 2 (30-55 wt.%) And MgO (25-35- .%) with a particle size of 80-120 nm, liquid glass (20-25 wt.%) as a binder. The disadvantage of this composition is that the pigment is completely 100% composed of nanoparticles, the cost of which is many times higher than the cost of the same compounds with micron particles. Nanopowders are not used effectively from the point of view of increasing light resistance, since for this purpose a few percent of the nanoparticles of the mass of the pigment that they envelop is sufficient, creating layers that act as relaxation centers for the primary defects formed by irradiation.

Способ №4Method number 4

Известен способ получения пигмента на основе микро - и нанопорошков оксида алюминий [Пигмент на основе микро- и нанопорошков оксида алюминия. Патент РФ №2533723 от 20.09.2014]. Изобретение относится к составам пигментов для белых красок и покрытий, в том числе для терморегулирующих покрытий, используемых в области пассивных методов терморегулирования объектов, а именно для терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Изобретение может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.A known method of producing a pigment based on micro - and nanopowders of aluminum oxide [Pigment based on micro - and nanopowders of aluminum oxide. RF patent No. 2533723 from 09/20/2014]. The invention relates to compositions of pigments for white paints and coatings, including for temperature-controlled coatings used in the field of passive methods of temperature-controlled objects, namely, temperature-controlled coatings of spacecraft. The invention can be used in space technology, in the construction industry, as well as in the chemical, food, light and other industries for thermostating of devices or technological objects.

Оксид алюминия относится к пигментам, которые особенно перспективны для приготовления терморегулирующих покрытий, так как имеет большую ширину запрещенной зоны (Eg>6 эВ), поэтому не поглощает значительную часть ультрафиолетового излучения и обладает низким коэффициентом поглощения солнечного излучения as и большой излучательной способностью в инфракрасной области спектра ε.Alumina refers to pigments that are especially promising for the preparation of thermoregulatory coatings, since it has a large band gap (Eg> 6 eV), therefore, it does not absorb a significant part of ultraviolet radiation and has a low absorption coefficient of solar radiation a s and a large emissivity in infrared spectral region ε.

Пигмент получают путем перемешивания смеси, содержащей 4,0 мас. % нанопорошка Al2O3 и 96,0 масс. % микропорошка оксида алюминия в магнитной мешалке с добавлением дистиллированной воды, выпаривания полученного раствора в сушильном шкафу при 150°С в течение 6 часов, перетирания в агатовой ступке и прогревания при температуре 800°С в течение 2 часов, повторного перетирания в агатовой ступке.The pigment is obtained by mixing a mixture containing 4.0 wt. % nanopowder Al 2 O 3 and 96.0 wt. % alumina micropowder in a magnetic stirrer with the addition of distilled water, evaporating the resulting solution in an oven at 150 ° C for 6 hours, grinding in an agate mortar and heating at 800 ° C for 2 hours, and grinding again in an agate mortar.

Способ №5Method number 5

Известен способ выбора модификатора для пигмента ZrO2 на основании измерений диэлектрической проницаемости соединений, в качестве которых могут выступать порошки Al2O3, SrO, MgO, SiO2, SrNO3 [Способ выбора модификатора для пигментов светоотражающих покрытий. Патент РФ №2160295 от 10.12.2000 по заявке №98114045 от 10.07.1998]. Этот способ позволяет обоснованно выбрать тип модификатора.There is a method of choosing a modifier for ZrO 2 pigment based on measurements of the dielectric constant of compounds, which can be powders of Al 2 O 3 , SrO, MgO, SiO 2 , SrNO 3 [Method for choosing a modifier for pigments of reflective coatings. RF patent No. 2160295 dated 10.12.2000 by application No. 98114045 dated 10.07.1998]. This method allows you to reasonably choose the type of modifier.

Способ №6Method number 6

Известен способ получения модифицированного пигмента путем нанесения на поверхность зерен и гранул ZrO2 методом мономолекулярного наслаивания монослоя SiO2 в реакции разложения SiCl4 [Известия АН СССР Неорганические материалы, 1990, т. 26, №9, с. 1889-1892]. Недостатком данного способа являются технологические сложности его осуществления, так получение частиц SiO2 осуществляется в две стадии: разложение тетрахлорида кремния по реакции (2); дегидратация полученного диоксида кремния путем прогрева при температуре 670°С по реакции:A known method of producing a modified pigment by applying to the surface of grains and granules ZrO 2 by monomolecular layering of a monolayer of SiO 2 in the decomposition reaction of SiCl 4 [Bulletin of the USSR Academy of Sciences Inorganic materials, 1990, v. 26, No. 9, p. 1889-1892]. The disadvantage of this method is the technological complexity of its implementation, so the production of particles of SiO 2 is carried out in two stages: the decomposition of silicon tetrachloride by reaction (2); dehydration of the obtained silicon dioxide by heating at a temperature of 670 ° C according to the reaction:

Figure 00000003
Figure 00000003

Кроме того, при наращивании нескольких слоев нарушается сплошность пленки во время дегидратации, что отражается на оптических свойствах пигмента и его стойкости к облучению.In addition, when several layers are built up, the continuity of the film during dehydration is disturbed, which affects the optical properties of the pigment and its resistance to irradiation.

Способ №7Method number 7

Известен способ получения пигмента для светоотражающих покрытий, содержащий смесь частиц оксида алюминия микронных размеров с наночастицами оксида алюминия [Пигмент на основе микро - и нанопорошков оксида алюминия. Заявка на изобретение №2013101407 от 10.01.2013]. Интегральный коэффициент поглощения образцов уменьшается с увеличением концентрации наночастиц Al2O3 от нуля до 3 мас. %, а в диапазоне концентрации 7-30 мас. % увеличивается.A known method of producing pigment for reflective coatings, containing a mixture of micron-sized aluminum oxide particles with aluminum oxide nanoparticles [Pigment based on micro - and aluminum oxide nanopowders. Application for invention No. 20133101407 dated 01/10/2013]. The integral absorption coefficient of the samples decreases with increasing concentration of Al 2 O 3 nanoparticles from zero to 3 wt. %, and in the concentration range of 7-30 wt. % increases.

Figure 00000004
Figure 00000004

Полученное уменьшение значения коэффициента поглощения при С=(0,5÷3 мас. %) определяются тем, что добавка наночастиц к микропорошку приводит к увеличению коэффициента диффузного отражения смеси из-за увеличения коэффициента рассеяния на более мелких наночастицах по сравнению с микрочастицами [Розенберг Г.В. Успехи физических наук, 1969, т. 91, №4, с. 569-585]. При дальнейшем увеличении концентрации наночастицы не осаждаются на поверхности зерен и гранул из-за ее заполнения, поэтому катионы алюминия диффундируют в решетку диоксида циркония и создают центры поглощения, что приводит к увеличению интегрального коэффициента поглощения as0.The resulting decrease in the absorption coefficient at C = (0.5–3 wt.%) Is determined by the fact that the addition of nanoparticles to micropowders leads to an increase in the diffuse reflection coefficient of the mixture due to an increase in the scattering coefficient on smaller nanoparticles compared to microparticles [Rosenberg G .AT. Advances in Physical Sciences, 1969, v. 91, No. 4, p. 569-585]. With a further increase in the concentration, nanoparticles do not settle on the surface of grains and granules due to its filling; therefore, aluminum cations diffuse into the zirconia lattice and create absorption centers, which leads to an increase in the integral absorption coefficient a s0 .

Способ №8Method number 8

Разработан способ повышения радиационной стойкости порошков диоксида циркония, модифицированных собственными наночастицами ZrO2 [Пигмент на основе микро- и нанопорошков диоксида циркония. Патент РФ №2532434 от 08.09.2014]. Способ заключается в приготовлении смеси микропорошка диоксида циркония и нанопорошка диоксида циркония, содержащей 5-7 масс. % нанопорошка ZrO2 и 93-95 масс. % микропорошка ZrO2, которую перемешивают в магнитной мешалке с добавлением дистиллированной воды, полученный раствор выпаривают в сушильном шкафу при 150°С в течение 6 часов, перетирают в агатовой ступке и прогревают при температуре 800°С в течение 2 час. После прогрева полученную смесь повторно перетирают в агатовой ступке, добавляют поливиниловый спирт, наносят на металлические подложки для исследования радиационной стойкости.A method has been developed to increase the radiation resistance of zirconia powders modified with their own ZrO 2 nanoparticles [Pigment based on micro- and nanopowders of zirconium dioxide. RF patent No. 2532434 from 09/08/2014]. The method consists in preparing a mixture of zirconia micropowder and zirconia nanopowder containing 5-7 wt. % nanopowder ZrO 2 and 93-95 mass. % ZrO 2 micropowder, which is stirred in a magnetic stirrer with the addition of distilled water, the resulting solution is evaporated in an oven at 150 ° C for 6 hours, ground in an agate mortar and heated at a temperature of 800 ° C for 2 hours. After warming up, the resulting mixture is again triturated in an agate mortar, polyvinyl alcohol is added, and applied to metal substrates to study radiation resistance.

Результаты расчетов интегрального коэффициента поглощения по экспериментально полученным спектрам диффузного отражения не модифицированного и модифицированного порошков показывают что концентрации наночастиц 5-7 масс. % является оптимальной. Интегральный коэффициент поглощения образцов уменьшается с увеличением концентрации наночастиц ZrO2 от нуля до 5-7 мас. %, а в диапазоне концентрации 10-20 мас. % увеличивается.The calculation results of the integrated absorption coefficient from the experimentally obtained diffuse reflection spectra of unmodified and modified powders show that the concentration of nanoparticles is 5-7 mass. % is optimal. The integrated absorption coefficient of the samples decreases with increasing concentration of ZrO 2 nanoparticles from zero to 5-7 wt. %, and in the concentration range of 10-20 wt. % increases.

Figure 00000005
Figure 00000005

Эффективность модифицирования, определяемая отношением коэффициента поглощения as не модифицированного порошка (0.147) к его наименьшему значению после модифицирования (0,133 при С=5 масс. %), составляет 1,1. Недостатком этого способа является низкая эффективность модифицирования для уменьшения интегрального коэффициента поглощения as. Данный способ выбран в качестве прототипаThe modification efficiency, determined by the ratio of the absorption coefficient a s of the unmodified powder (0.147) to its lowest value after modification (0.133 at C = 5 wt.%), Is 1.1. The disadvantage of this method is the low modification efficiency to reduce the integral absorption coefficient a s . This method is selected as a prototype.

В предлагаемом изобретении с целью увеличения отражательной способности и уменьшения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения осуществлено модифицирование пигмента BaSO4 наночастицами Al2O3 различной концентрации и произведен выбор оптимального значения концентрации по величине интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения.In the present invention, in order to increase the reflectivity and decrease the integral absorption coefficient of solar radiation, the BaSO 4 pigment was modified with Al 2 O 3 nanoparticles of various concentrations and the optimal concentration value was selected by the value of the integrated solar absorption coefficient.

Пример 1Example 1

К порошку BaSO4 добавляют дистиллированную воду, перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, перетирают в фарфоровой чашке, охлаждают до комнатной температуры, прогревают 2 час при Т=800°С, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, равном 1 МПа.Distilled water is added to the BaSO 4 powder, stirred in a magnetic stirrer for 10-12 hours, evaporated in an oven at a temperature of 150 ° C, ground in a porcelain cup, cooled to room temperature, warmed for 2 hours at T = 800 ° C, ground in a porcelain cup, pressed with a hand press into metal substrates at low pressure equal to 1 MPa.

Пример 2Example 2

К порошку BaSO4 добавляют наночастицы Al2O3 в количестве 1 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, перетирают в фарфоровой чашке, охлаждают до комнатной температуры, прогревают 2 час при Т=800°С, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, равном 1 МПа.To the powder BaSO 4 add nanoparticles of Al 2 O 3 in the amount of 1 mass. % and distilled water. The prepared mixture is stirred in a magnetic stirrer for 10-12 hours, evaporated in an oven at a temperature of 150 ° C, rubbed in a porcelain cup, cooled to room temperature, warmed up for 2 hours at T = 800 ° C, rubbed in a porcelain cup, pressed in manually press into metal substrates at low pressure equal to 1 MPa.

Пример 3Example 3

К порошку BaSO4 добавляют наночастицы Al2O3 в количестве 3 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, перетирают в фарфоровой чашке, охлаждают до комнатной температуры, прогревают 2 час при Т=800°С, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, равном 1 МПа.To the powder BaSO 4 add nanoparticles of Al 2 O 3 in the amount of 3 mass. % and distilled water. The prepared mixture is stirred in a magnetic stirrer for 10-12 hours, evaporated in an oven at a temperature of 150 ° C, rubbed in a porcelain cup, cooled to room temperature, warmed up for 2 hours at T = 800 ° C, rubbed in a porcelain cup, pressed in manually press into metal substrates at low pressure equal to 1 MPa.

Пример 4Example 4

К порошку BaSO4 добавляют наночастицы Al2O3 в количестве 5 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, перетирают в фарфоровой чашке, охлаждают до комнатной температуры, прогревают 2 час при Т=800°С, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, равном 1 МПа.To the powder BaSO 4 add nanoparticles of Al 2 O 3 in an amount of 5 mass. % and distilled water. The prepared mixture is stirred in a magnetic stirrer for 10-12 hours, evaporated in an oven at a temperature of 150 ° C, rubbed in a porcelain cup, cooled to room temperature, warmed up for 2 hours at T = 800 ° C, rubbed in a porcelain cup, pressed in manually press into metal substrates at low pressure equal to 1 MPa.

Пример 5Example 5

К порошку BaSO4 добавляют наночастицы Al2O3 в количестве 7 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, перетирают в фарфоровой чашке, охлаждают до комнатной температуры, прогревают 2 час при Т=800°С, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, равном 1 МПа.To the powder BaSO 4 add nanoparticles of Al 2 O 3 in the amount of 7 mass. % and distilled water. The prepared mixture is stirred in a magnetic stirrer for 10-12 hours, evaporated in an oven at a temperature of 150 ° C, rubbed in a porcelain cup, cooled to room temperature, warmed up for 2 hours at T = 800 ° C, rubbed in a porcelain cup, pressed in manually press into metal substrates at low pressure equal to 1 MPa.

Пример 6Example 6

К порошку BaSO4 добавляют наночастицы Al2O3 в количестве 10 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, перетирают в фарфоровой чашке, охлаждают до комнатной температуры, прогревают 2 час при Т=800°С, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, равном 1 МПа.To the powder BaSO 4 add nanoparticles of Al 2 O 3 in an amount of 10 mass. % and distilled water. The prepared mixture is stirred in a magnetic stirrer for 10-12 hours, evaporated in an oven at a temperature of 150 ° C, rubbed in a porcelain cup, cooled to room temperature, warmed up for 2 hours at T = 800 ° C, rubbed in a porcelain cup, pressed in manually press into metal substrates at low pressure equal to 1 MPa.

Регистрируют спектрофотометром промышленного изготовления спектры диффузного отражения в диапазоне 0,2-2,5 мкм полученных в примерах 1-6 образцов. По полученным спектрам рассчитывают интегральный коэффициент поглощения as с использованием выражения (2).The diffuse reflection spectra in the range 0.2-2.5 μm obtained in examples 1-6 of the samples are recorded with an industrial manufacture spectrophotometer. From the obtained spectra, the integral absorption coefficient a s is calculated using expression (2).

Результаты расчетов зависимости коэффициента поглощения as от концентрации наночастиц Al2O3 в порошке BaSO4 приведены в таблице 3.The calculation results of the dependence of the absorption coefficient a s on the concentration of Al 2 O 3 nanoparticles in BaSO 4 powder are shown in Table 3.

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Из таблицы следует, что значения as модифицированных порошков - пигментов BaSO4 при различной концентрации наночастиц Al2O3 существенно отличаются.From the table it follows that the values of a s of the modified powders - BaSO 4 pigments at different concentrations of Al 2 O 3 nanoparticles are significantly different.

Наименьшим значением обладают порошок №4, модифицированный наночастицами Al2O3 с концентрацией 5 масс. %. Уменьшение значения коэффициента поглощения as порошка №4 по сравнению с не модифицированным порошком №1 составляет 1,77 раз.Powder No. 4, modified with Al 2 O 3 nanoparticles with a concentration of 5 masses, has the lowest value. % The decrease in the absorption coefficient a s of powder No. 4 in comparison with unmodified powder No. 1 is 1.77 times.

Таким образом, предлагаемый в качестве пигмента терморегулирующих покрытий порошок BaSO4, модифицированный наночастицами Al2O3 при концентрации 5 масс. % обладает существенно меньшей величиной интегрального коэффициента поглощения по сравнению с не модифицированным порошком.Thus, the BaSO 4 powder proposed as a pigment for thermal control coatings is modified with Al 2 O 3 nanoparticles at a concentration of 5 wt. % has a significantly lower integral absorption coefficient compared to unmodified powder.

Claims (1)

Пигмент для покрытий класса «солнечные оптические отражатели», приготовленный из порошка сульфата бария, отличающийся тем, что с целью уменьшения интегрального коэффициента поглощения as порошок модифицирован наночастицами оксида алюминия в количестве 5 мас.%, чтобы значение интегрального коэффициента поглощения уменьшилось от 0,062 до 0,035.Pigment for coatings of the class “solar optical reflectors” prepared from barium sulfate powder, characterized in that in order to reduce the integral absorption coefficient a s, the powder is modified by alumina nanoparticles in an amount of 5 wt.%, So that the value of the integrated absorption coefficient decreases from 0.062 to 0.035 .
RU2019108514A 2019-03-25 2019-03-25 SOLAR REFLECTOR BASED ON BaSO4 POWDER, MODIFIED WITH NANOPARTICLES OF Al2O3 RU2702688C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019108514A RU2702688C1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 SOLAR REFLECTOR BASED ON BaSO4 POWDER, MODIFIED WITH NANOPARTICLES OF Al2O3

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019108514A RU2702688C1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 SOLAR REFLECTOR BASED ON BaSO4 POWDER, MODIFIED WITH NANOPARTICLES OF Al2O3

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2702688C1 true RU2702688C1 (en) 2019-10-09

Family

ID=68171135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019108514A RU2702688C1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 SOLAR REFLECTOR BASED ON BaSO4 POWDER, MODIFIED WITH NANOPARTICLES OF Al2O3

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2702688C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2421490C1 (en) * 2009-10-12 2011-06-20 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") Thermostatic coating of "solar reflector" class
EP2348075B1 (en) * 2005-12-21 2015-11-11 Eckart GmbH White pigment reflecting ir radiation, production and use thereof
RU2574620C1 (en) * 2014-09-01 2016-02-10 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") Thermoregulating coating of "sun reflector" class for products from carbon fibre reinforced plastic (versions)
US10100203B2 (en) * 2014-07-07 2018-10-16 University College Dublin, National University Of Ireland Thermal control coatings
RU2677173C1 (en) * 2018-05-23 2019-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) MODIFIED BY THE SiO2 NANOPARTICLES BaSO4 POWDER BASED PIGMENT
RU2678272C1 (en) * 2018-04-20 2019-01-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) PIGMENT FOR THERMAL REGULATING COATINGS OF SPACE VEHICLES BASED ON BaSO4 POWDER MODIFIED BY ZrO2 NANOPARTICLES

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2348075B1 (en) * 2005-12-21 2015-11-11 Eckart GmbH White pigment reflecting ir radiation, production and use thereof
RU2421490C1 (en) * 2009-10-12 2011-06-20 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") Thermostatic coating of "solar reflector" class
US10100203B2 (en) * 2014-07-07 2018-10-16 University College Dublin, National University Of Ireland Thermal control coatings
RU2574620C1 (en) * 2014-09-01 2016-02-10 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") Thermoregulating coating of "sun reflector" class for products from carbon fibre reinforced plastic (versions)
RU2678272C1 (en) * 2018-04-20 2019-01-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) PIGMENT FOR THERMAL REGULATING COATINGS OF SPACE VEHICLES BASED ON BaSO4 POWDER MODIFIED BY ZrO2 NANOPARTICLES
RU2677173C1 (en) * 2018-05-23 2019-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) MODIFIED BY THE SiO2 NANOPARTICLES BaSO4 POWDER BASED PIGMENT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Size dependent reflective properties of TiO2 nanoparticles and reflectors made thereof
US6756115B2 (en) 3D structural siliceous color pigments
CN1543437A (en) Layered titanic acid, lamellar titanic acid, lamellar titanium oxide and method for producing lamellar titanic acid
Ninness et al. Formation of a thin TiO2 layer on the surfaces of silica and kaolin pigments through atomic layer deposition
Haniffa et al. Synergistic effect of (3-Aminopropyl) Trimethoxysilane treated ZnO and corundum nanoparticles under UV-irradiation on UV-cutoff and IR-absorption spectra of acrylic polyurethane based nanocomposite coating
Amin et al. Structural and optical properties of thermally annealed TiO 2–SiO 2 binary thin films synthesized by sol–gel method
Sameera et al. Influence of (LiLa) 1/2MoO4 substitution on the pigmentary properties of BiVO4
RU2527262C2 (en) Pigment based on modified powder of titanium dioxide
RU2677173C1 (en) MODIFIED BY THE SiO2 NANOPARTICLES BaSO4 POWDER BASED PIGMENT
RU2702688C1 (en) SOLAR REFLECTOR BASED ON BaSO4 POWDER, MODIFIED WITH NANOPARTICLES OF Al2O3
He et al. Synthesis and coloration of highly dispersive SiO2/BiVO4 hybrid pigments with low cost and high NIR reflectance
US8172935B2 (en) Special effect pigments
Liang et al. Preparation and characterization of TiO2/sericite composite material with favorable pigments properties
RU2678272C1 (en) PIGMENT FOR THERMAL REGULATING COATINGS OF SPACE VEHICLES BASED ON BaSO4 POWDER MODIFIED BY ZrO2 NANOPARTICLES
US20190359830A1 (en) Silicate coated article and method for producing same
CN114502510A (en) Bismuth sulfide particles, process for producing the same, and use thereof
Xiao et al. Preparation of high near-infrared reflectance mica/(Ni, Sb)-co-doped rutile yellow composite pigment via mechanochemical pretreatment and sintering
RU2656660C1 (en) THERMO STABILIZING RADIATION RESISTANT COATING BaTiZrO3
Venkatesh et al. Effect of addition of nano zirconia in ceramic glazes
JP4195254B2 (en) Rutile type titanium dioxide fine particles and method for producing the same
Gleń et al. Effect of CeO2 and Sb2O3 on the phase transformation and optical properties of photostable titanium dioxide
Mikhailov et al. Effect of Al2O3 nanoparticle modification on increase in reflectivity of BaSO4 pigment
CN109675590A (en) A kind of preparation method of titanium dioxide
Chen et al. Synthesis of ZnO@ SiO2 core-shell structure-based thermal control coatings with enhanced UV irradiation stability
RU2716436C1 (en) PIGMENT FOR THERMAL CONTROL COATINGS OF SPACECRAFTS BASED ON BaSO4 POWDER, MODIFIED WITH SiO2 NANOPARTICLES

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200514

Effective date: 20200514