文 献 综 述

1 课题研究的背景

红外热辐射涂层是一种能将自身能量通过红外波段的振动释放出去的材料，与传统的机械风扇散热，冷却散热相比，具有无需消耗能源，被动降温的优势。目前在建筑外墙节能降温，大型LED散热，远程红外加热，医疗保健等方面具有广泛的应用。

1.1 红外辐射材料的主要应用

(1)红外干燥和加热^[1]；红外干燥和加热是红外辐射材料最早、最直接、最广泛的应用，其主要应用于粮食、油漆、塑料制品等多种工农业产品的干燥以及高温炉、热处理炉、辐射器等加热设备。红外干燥和加热具有加热均匀、热效率高、能耗低等特点。由于红外加热具有一个突出的优点就是能够实现能源合理、高效转化和利用，具有明显的节能效果，当红外线透射到被加热体上时，如果红外线的波长与加热体的分子振动固有频率一致，被加热则会吸收红外辐射出的能量，被加热体内温度就会升高，从而达到干燥和加热的目的。

(2)医疗保健材料^[1]；使用红外辐射涂料的纺织品能在常温下发射出与人体吸收相匹配的红外线，这些红外线的能量能够有效地被人体吸收，并刺激皮肤内热感受器，加速血液循环，改善供养状态，加强细胞再生能力，从而达到医疗保健的作用，同时增加织物的保暖、保健功能。

(3)建筑涂层原料^[2-3]：红外辐射降温涂料能有效的降低被涂覆物体表面和内部的温度，从而改善了建筑物内部的生活工作环境、节省能源。随着能源消耗的增大以及其价格的增长，此种节能涂料的研究与应用具有重大的经济效益、环境效益和社会效益，发展前途较为广阔。

(4)大型LED散热涂层^[4]：LED芯片尺寸很小，如果散热不良，则会使芯片温度升高，引起热应力分布不均、芯片发光效率降低、荧光粉激射效率下降。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅、金属（如铝、铜）、陶瓷如（Al₂O₃，AlN，SiC）和复合材料等。

2 国内外研究进展

近20年来，红外辐射材料越来越受到人们的重视。许多技术先进的国家投入大量的人力、物力进行红外辐射涂料的研制与应用技术研究，推出了许多在实际工业炉生产中应用效果优良的红外辐射涂料，称其为”工业炉技术的重大进步”、”性能的重大改进”、”技术发展的里程碑”，并被列入”21世纪的新材料”^[5]。随着地球温室排放气体问题日益严重，逼近地球我调节的临界点，各国纷纷出台相关政策，包括我国在内的世界各国政府必须刻不容缓的执行节能减排（二氧化碳），在执行的过程中研究防热辐射材料这一课题也成为世界进行节能减排的首要选择。

国际上著名的红外辐射涂料有^[5]：美国CRC公司的红外辐射涂料已系列化，其中用在金属表面上的涂料，其辐射粉料组成主要是Al₂O₃和SiO₂；用在耐火材料炉衬表面上的涂料，其辐射粉料主要是由ZrO₂或ZrO₂、Al₂O₃和SiO₂组成。日本CRC公司推出的红外辐射涂料CRCll00，CRCl500，辐射粉料由CoO、MnO₂、Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃等组成。日本日上公司生产的HRC辐射涂料是以铬铁矿(FeCr₂O₄)为主要成分，其化学成分有二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化铬等，热膨胀率0.8%~0.9%(1000℃)，结构稳定，在600℃~1300℃范围内发射率大于0.85，在800℃高达0.95，在炉衬无破损的情况下可长达5年。Xiaohai Bu等人^[6]制备光学活性二氧化硅/二氧化钛/取代的聚乙炔（SiO₂ / TiO₂ / SPA）多层核壳纳米复合材料，通过表面二氧化钛沉积和在裸露二氧化硅纳米球上的聚合物接枝的组合，SiO₂ / TiO ₂ / SPA纳米复合材料在8-14μm的波长下具有远远低于其每个组分的红外发射率值（ε= 0.548）。降低的红外发射率值证明，来自涂层SPA的强化的界面相互作用与二氧化硅球上的半导体锐钛矿TiO ₂纳米颗粒具有有效的协同效应，从而降低红外发射率值。Sharath Gujjar等人^[7]制备双电层的硅铝不锈钢高发射率涂料时，使用溶胶-凝胶法制备的二氧化硅（SiO₂）沉积在具有所需厚度的喷砂SS基底上，随后沉积氧化铝（Al₂O₃）层。 Al₂O₃层的厚度的逐渐增加可导致发射率的增加。

我国也在红外辐射材料的基础研究和实际应用方面都取得了许多成果。潘儒宗等^[8]探讨了研究优质红外辐射材料的途径，并分析了添加剂提高红外发射率的机理。南京航空学院的周建初等研究了以MnO₂、Fe₂O₃为基体的陶瓷，在2.5-5μm有很高的发射率。欧阳德刚等^[9]人对红外辐射材料在工业炉中的应用做了大量研究，并被研究了高辐射材料的辐射机理，认为单纯材料的强辐射机制是二声子或多声子组合频吸收，强辐射波段为5-l0 μm，1-5 μm波段的强辐射机制是杂质能级的电子跃迁及自由载流子引起的辐射，故化学掺杂是改善材料红外短波区辐射性能的有效途径。闫国进等^[8]研制了以堇青石为基体，掺杂MnO₂、Fe₂O₃、CuO等过渡金属氧化物的铁氧体陶瓷材料，其全波段发射率为0.87，8-14μm波段发射率高达0.9。程旭东等人采用NiO和Cr₂O₃为主要原料，经高温焙烧获得尖晶石型NiCr₂O₄，红外法向全发射率在600℃达到0.889。王小群等^[10]人备的NiO、Cr₂O₃、SiC涂层结合强度和抗热震性能都优于Al₂O₃SiC涂层，NiO、Cr₂O₃、SiC涂层的厚度在50μm时8-10μm的红外发射率达到0.96。王志强等人^[11]螺旋聚氨酯@SiO₂核-壳复合材料的制备过程中，当螺旋聚氨酯已经成功地接枝到改性的SiO₂的表面上，HPU@SiO₂复合材料表现出明显的核-壳结构。HPU@SiO₂的紫外吸收和结晶度由于螺旋聚氨酯的壳而改变，其具有规则的单手构象和链间氢键。且结果表明，有机壳和无机核之间的界面相互作用导致红外发射率值从0.82的SiO₂降低到0.50的HPU@SiO₂。