近紅外反射陶瓷色料的研究進展*

張 緹

(佛山歐神諾陶瓷有限公司 廣東 佛山 528138)

太陽光譜由5%的紫外線(300～400 nm)、43%的可見光(400～700 nm)和52%的近紅外輻射(NIR，700～2 500 nm)組成。在日常生活中，城市建筑物表面吸收太陽光輻射后，室內(nèi)溫度會升高，不僅影響了居住環(huán)境的舒適性，同時也加劇了建筑的制冷能耗。近期研究表明“冷材料/冷色料”可反射太陽輻射，尤其是近紅外輻射，可減少建筑物吸收的太陽能量。因此，為減少空調(diào)制冷的電能消耗，多種“冷材料/冷色料”產(chǎn)品被作為新型節(jié)能建筑材料，來用于城市建筑鋪裝。

相較于有機色料，陶瓷色料化學和熱穩(wěn)定性優(yōu)異，可適用于陶瓷釉料和熱塑性塑料等材料。因此，近紅外反射陶瓷色料得到了更為廣泛地研究和關注。近紅外反射陶瓷色料按顏色可分為白色、黑色以及有色色料；按結構可分為氧化物型、離子摻雜型、包裹型色料。筆者主要介紹了近紅外反射陶瓷色料的研究進展，包括色料的顏色分類以及合成方法等。

1 近紅外反射陶瓷色料的顏色分類

近紅外反射陶瓷色料的顏色分類如表1所示。

1.1 白色陶瓷色料

近紅外反射白色陶瓷色料主要是金紅石型二氧化鈦(TiO2)[1]色料和鋅白(ZnO)[2]色料。白色色料的光學特性歸因于在可見光范圍內(nèi)的低吸光度和高散射性能。金紅石型TiO2用于近紅外反射白色陶瓷色料時，可用Al、Li和K等元素進行離子摻雜，進一步提高其日光反射率。

表1 近紅外反射陶瓷色料的顏色分類

1.2 黃/橙色陶瓷色料

鈦酸鎳(NiTiO3)是一種常規(guī)黃色陶瓷色料，具有62.1%的近紅外反射率[39]。He等[13]合成了核殼結構的NiTiO3@TiO2色料，通過復合結構設計提高了NiTiO3色料的近紅外反射率。另一種近紅外反射黃色陶瓷色料基于釩酸鉍(BiVO4)，BiVO4的光學帶隙為2.14～2.51 eV，可產(chǎn)生鮮艷的黃色。Sandhya等[40]用Ta/P取代BiVO4中的V，進一步提高了其呈色性能和近紅外反射率。

1.3 紅/棕色陶瓷色料

Li等[17]通過高溫熱解法合成了Cr2O3-3TiO2近紅外反射橙色陶瓷色料。Thongkanluang等[24]以Fe2O3為主體，加入Sb2O3、SiO2、Al2O3和TiO2，合成了近紅外反射率為41%的近紅外反射棕色陶瓷色料。Liu等[20]合成了Zn1-xMgxFe2O4近紅外反射陶瓷色料，在ZnFe2O4中摻入Mg2+，色料顏色由磚紅色變?yōu)樯钭厣?，近紅外反射率≥51%。Zhang等[41]通過共沉淀反應和隨后的熱處理合成了(Cu/In)共摻雜ZnSxSe1-x色料，通過改變Cu/In摻雜比，色料呈現(xiàn)出從白色漸變?yōu)辄S色、亮黃色、橙色、紅橙色、紅色再到棕紅色等諸多顏色，色料的近紅外反射率均大于60%。

1.4 綠色陶瓷色料

鉻綠(Cr2O3)色料因其高的近紅外反射特性(約為50%～57%)，通常被作為近紅外反射綠色陶瓷色料使用。Liang等[29]通過CrOOH的熱分解制備出了Ti摻雜Cr2O3綠色陶瓷色料，在Cr2O3中摻雜Ti4+將Cr2O3色料的近紅外反射率從84.04%提高至91.25%，并增加了色料亮度。Jose等[28]通過微乳液法合成了Y2BaCuO5紅外反射綠色陶瓷色料，近紅外反射率為50%。

1.5 藍/紫色陶瓷色料

目前使用最多的藍色陶瓷色料為鈷藍(CoAl2O4)，為了增強傳統(tǒng)鈷藍陶瓷色料的近紅外反射率，Hedayati等[34]采用溶膠-凝膠法，用Zn2+替代Co2+，Al3+替代Cr3+，合成了一系列Co1-xZnxCr2-yAlyO4色料，在減少鈷、鉻含量的同時，也提高了色料的近紅外反射率。Li等[37]在YIn1-xMnxO3藍色色料基礎上，通過離子摻雜合成了YIn1-x-2y-zMnxTiyZnyAlzO3紫色陶瓷色料。添加Al會增加YIn1-xMnxO3色料的紅度，從而呈現(xiàn)出紫色，該紫色陶瓷色料近紅外反射率高達90%。

1.6 黑色陶瓷色料

市售黑色陶瓷色料一般為黑色尖晶石結構，如(Fe,Co)(Fe,Cr)2O4、(Ni,Fe)(Fe,Cr)2O4。Oka等[38]為了優(yōu)化Ca2MnO4色料的顏色和隔熱性能，通過固相法將Ti4+摻入到Ca2MnO4中的Mn4+位置，合成了Ca2Mn1-xTixO4近紅外反射黑色陶瓷色料，色料的近紅外反射率為66.2%。

2 近紅外反射陶瓷色料的合成方法

表2 近紅外反射陶瓷色料的合成方法

近紅外反射陶瓷色料的合成方法如表2所示。

近年來，具有高近紅外反射率的陶瓷色料成為建筑節(jié)能領域的研究熱點。這種陶瓷色料可反射太陽輻射，尤其是近紅外輻射，從而減少建筑物吸收的太陽能量。筆者探討了近紅外反射陶瓷色料的研究進展。并根據(jù)色料呈色對近紅外反射陶瓷色料進行了分類，并比較了多種不同的近紅外反射陶瓷色料合成方法。