窗用透明隔熱材料第一原理性能預(yù)測(cè)及納米LaB6分散液的制備與性能.pdf

1、節(jié)能減排已成為時(shí)代的主旋律。開(kāi)發(fā)高性能窗用透明隔熱材料備受人們的青睞。窗用透明隔熱材料必須具有可見(jiàn)光高透明和近紅外強(qiáng)吸收/反射屏蔽的光學(xué)特性。從理論和實(shí)驗(yàn)方面設(shè)計(jì)并研發(fā)新型窗用透明隔熱節(jié)能材料已成為當(dāng)今世界的重要研究課題。目前，研究者大都注重高透明隔熱材料的制備和性能應(yīng)用與開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)研究，而理論研究較少，非常有必要將理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)加快研究進(jìn)程。本文在理論方面采用基于密度泛函理論的第一原理方法計(jì)算了幾種窗用透明隔熱材料的電子結(jié)構(gòu)，并預(yù)

2、測(cè)了它們不同類(lèi)型薄膜的光學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)方面成功制備了穩(wěn)定性較好的納米LaB6/乙醇分散液，并探討了其光學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?、挪捎玫谝辉矸椒ㄑ芯苛讼⊥亮鸹颮B6(R=Sc、Y和La)的幾何、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。電子結(jié)構(gòu)分析表明，這三種化合物均屬于金屬性導(dǎo)體材料，價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底分別主要由B-2p態(tài)和金屬原子R-nd(n=3，4，5)態(tài)構(gòu)成，并隨著金屬R的原子半徑和電子層數(shù)的增大，導(dǎo)帶朝遠(yuǎn)離Fermi能級(jí)的方向移動(dòng)。通過(guò)

3、對(duì)三種稀土六硼化物RB6(R=Sc，Y和La)的介電函數(shù)、吸收光譜、反射率和能量損失光譜等光學(xué)常數(shù)的計(jì)算和分析，研究了三者的光學(xué)性質(zhì)并對(duì)不同類(lèi)型光學(xué)薄膜的光學(xué)性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:不同于ScB6，YB6和LaB6可用作高性能窗用透明隔熱材料。發(fā)現(xiàn)LaB6的可見(jiàn)光高透明可歸因于載流子電子集體振蕩，也就是體等離子激元，而其近紅外強(qiáng)吸收特性則可歸因于等離子振蕩的偶極子模式。該研究結(jié)果對(duì)這三種稀土六硼化物目前的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域可提供

4、很好的理論指導(dǎo)。
　?、仆ㄟ^(guò)對(duì)稀土六硼化物RB6(R=Ce，Pr, Nd，Sm，Eu，Gd，Er, Tm，Yb和Lu)電子結(jié)構(gòu)及磁學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)RB6(R=Ce，Pr, Nd，Sm，Eu，Gd，Er和Tm)屬于鐵磁材料，而YbB6和LuB6不具有磁性。電子結(jié)構(gòu)分析表明，這十種稀土RB6的電子性能主要由稀土金屬R決定。光學(xué)性質(zhì)計(jì)算表明，它們均在低能紅外區(qū)具有較強(qiáng)的反射性，并顯示微弱的體等離子激元;除GdB6和LuB6外，稀

5、土六硼化物RB6(R=Ce，Pr, Nd，Sm，Eu，Er, Tm和Yb)均不適合用作窗用透明隔熱材料。
　?、菍?duì)TiN的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)TiN屬于導(dǎo)體材料，其價(jià)帶和導(dǎo)帶分別主要由N-2p態(tài)構(gòu)成和Ti-3d態(tài)構(gòu)成。對(duì)其不同類(lèi)型薄膜光學(xué)性能的計(jì)算結(jié)果表明:TiN薄膜具有可見(jiàn)光高透明和近紅外強(qiáng)吸收/反射隔熱節(jié)能的光學(xué)特性。
　?、炔捎玫谝辉矸椒▽?duì)單斜相和金紅石相VO2電子結(jié)構(gòu)和介電函數(shù)、反射率、吸收光譜、能量損失

6、光譜等光學(xué)常數(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:單斜相VO2不具有屏蔽近紅外輻射的性能，而金紅石相VO2適合用作窗用高透明隔熱材料。
　　⑸以無(wú)水乙醇為分散介質(zhì)，經(jīng)過(guò)對(duì)納米LaB6改性和分散，成功地制備了穩(wěn)定性較好的納米LaB6/乙醇分散液，進(jìn)而研究了改性劑種類(lèi)及用量、分散條件等對(duì)分散液穩(wěn)定性的影響，并通過(guò)透射電子顯微鏡(TEM)、傅立葉紅外光譜(FTIR)和激光散射粒度分析等表征方法調(diào)查了在無(wú)水乙醇中陰離子表面處理劑改性LaB6納米粒子的機(jī)