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摘要近年来，随着工业化的快速发展和人口的急剧增加，能源消耗日益猛增，地球面临着资源短缺危机。为此，面对能源日趋紧缺的客观现实，太阳能成为人类非常好的开发选择，从而使红外辐射材料的研究非常必要和紧迫。红外陶瓷材料具有优良的红外辐射性能，同时还具有耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀等多种性能，是一种绿色环保新材料，其中尖晶石型红外辐射材料高温稳定性好,红外辐射率高而成为高温红外辐射材料的首选。本实验采用常规固相合成方法制备Co/Y掺杂的Mg0.8Mn0.2Fe2O4样品， 通过XRD、SEM、FT-IR 等手段可以表征其尖晶石型晶体结构，虽然主要晶体结构不变，但掺入后使材料的结晶度有所降低。Co2O3的掺入量为 0.3%的(Mg0.8Mn0.2)0.7Co0.3Fe2O4(0.6wt.%Y2O3)材料红外辐射性能最好，此试样在 3~5μm 和 8~12μm 波段具有最高的红外发射率，分别为 0.848 和 0.945。30938
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毕业论文关键词 资源短缺 太阳能 红外辐射 尖晶石型 掺杂
Title The Co/Y re-doping impact on the structures and infraredRadiation performance of Mg0.8Mn0.2Fe2O4
Abstract In recent years, with the rapid development of industrialization and a sharp increase inpopulation and the growing surge of energy consumption, the Earth is facing resourceshortages.To this end, the face of increasingly scarce energy objective reality, solar energy hasbecome a very good human development options, enabling researchers infrared radiationmaterial is very necessary and urgent.Infrared ceramic materials have excellent infrared radiation performance,high temperature,anti-oxidation, acid-corrosion and other properties,which is a environmental Protectionmaterial,wherein the spinel type infrared radiation material with well high temperature stabilityand high infrared radiation rate become the preferred of high-temperature infrared radiationmaterial.In this study,the spinel materials of Co/Y-doped Mg0.8Mn0.2Fe2O4 have been prepared by solidreaction,and characterize its crystal structure, morphology and size by X-ray diffraction (XRD)and scanning electron microscope (SEM),Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR),andmeasure its spinel infrared radiation performance.(Mg0.8Mn0.2)0.7Co0.3Fe2O4 with 0.6wt.% Y2O3doped has the best performance which infrared emissivity can be 0.848 and 0.945 in band of 3~5and 8~12 μm.
Keywords resource shortages solar energy infrared radiation spinel doped
目 录
1 绪论1
1.1 红外辐射理论基础1
1.2 红外辐射材料 3
1.3 尖晶石的结构4
1.4 尖晶石红外辐射陶瓷的制备方法 5
1.5 红外陶瓷材料研究进展和应用6
2 实验部分8
2.1 实验试剂和仪器 8
2.2 试验方法与步骤8
2.3 表征方法9
3 结果与讨论13
3.1 XRD分析13
3.2 FT-IR 光谱分析14
3.3 XEM显微形貌分析15
3.4 粉体粒度分析16
3.5 孔隙率分析17
3.6 红外辐射性能分析18
结论 21
致谢 22
参考文献23
1 绪论1.1 红外辐射理论基础1.1.1 红外辐射红外辐射习惯上称为红外线或红外，也有称为热辐射[1]。英国天文学家威廉.赫谢尔(W•Herschel)在 1800 年，进行太阳光谱的热效应研究时，就指出了这种有强热辐射的不可见光，后来将其称为称红外线。无论何种物质的温度高于绝对零度， 都会不停的辐射自身的能量和吸收其他物质的能量，处于一种循环平衡的状态。整个自然界处于这种不间断的辐射和不间断的能量吸收过程中[2]。红外辐射与分子的热运动存在紧密联系。我们知道分子热运动伴随着电磁波的发射，而这种电磁波的频率往往又是在红外线的范围内，因此可以认为发射的电磁波主要是红外射线。相反，红外辐射频率与分子热运动频率相同时，那么当这种红外辐射照射到物质时，红外辐射就会很快被物质共振吸收而转化为分子的热运动[3]。通常，温度低于500℃的物体都不会发射可见光，而只会进行红外辐射。在电磁波谱中，红外线在波段中占小部分比例，整个电磁波谱可分成 20 个数量级，其中可见光的波长跨越一个倍频程，而红外波却跨越 10 个倍频程左右。可见，红外光谱区比可见光谱区更具有研究价值。根据红外辐射产生的机理不同，红外辐射按波长分为三个区域[3]：近红外区：0.75~2.5µm；中红外区：2.5~25µm；远红外区：25~1000µm。红外辐射材料能以辐射形式向外散热，发射率越高，散热效果越好[4]。1.1.2 红外辐射理论基础红外辐射具有波粒二象性，一方面会发生光的干涉和衍射，另一方面会辐射和吸收能量。当红外辐射照射物体，根据能量守恒定律，折射功率、投射功率和被物体吸收的功率之和应该等于入射功率。（1）基尔霍夫（Kirchhoff)定律在一定温度下，所有物质对波长的辐射发射量与吸收率成正比关系，且系数唯一。数学表达式为：