سنتز و بررسی خواص نوری ساختار هسته ـ پوسته رنگدانه سرد بر پایه آهن ـ تیتانیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 گروه پژوهشی رنگدانه‌های معدنی و لعاب، پژوهشگاه رنگ، تهران، ایران؛ قطب علمی رنگ، پژوهشگاه رنگ، تهران، ایران

چکیده

در سال‌های اخیر استفاده از رنگدانه‌هایی با قابلیت انعکاس بالای امواج زیرقرمز نزدیک به عنوان رنگدانه سرد در راستای کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها به ویژه در مناطق گرمسیر مورد توجه قرار گرفته است.هدف از این تحقیق، سنتز رنگدانه سرد اکسید آهن (هماتیت)- دی‌اکسید تیتانیم و بررسی خواص انعکاسی زیر قرمز تحت تغییر شرایط سنتز آن می‌باشد. برای سنتز هسته و پوسته به ترتیب از ترکیب روش همرسوبی و سل ژل استفاده شد. اثر روش سنتز و کلسیناسیون بر روی میزان انعکاس زیر قرمز نزدیک (NIR) بررسی گردید. فازهای موجود و ساختار ذرات به روش پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی نشر میدانی (FESEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) بررسی شد.نتایج حاصل از تفرق‌سنجی نشان داد که حضور دی‌اکسید تیتانیم، در بلوری شدن و تغییر فازی اکسید آهن موثر است و آن را به تعویق می‌اندازد. با بررسی طیف انعکاسی پودرها مشاهده شد که با تبلور فاز هماتیت، انعکاس زیرقرمز افزایش قابل ملاحظه‌ای ‌می‌یابد و دمای کلسیناسیون بر روی خواص انعکاسی و نیز فام رنگدانه تولیدی موثر است. نتایج به دست آمده نشان داد ساختار هسته پوسته اکسید آهن- دی‌اکسید تیتانیم می‌تواند به عنوان یک رنگدانه سرد با خواص مناسب در کاربردهای مربوط به صرفه‌جویی انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis and Investigation of Infrared (IR) Reflective Properties of Iron-Titanium Based Core-shell Cool Pigment

نویسندگان [English]

  • S. Sadeghi Niaraki 1
  • B. Ghasemi 1
  • A. Habibollah Zadeh 1
  • E. ghasemi 2
1 Faculty of Material & Metallurgical Engineering, Semnan University
2 Center of Excellence for Color science and Technology, Institute for Color Science and Technology
چکیده [English]

Recently, the use of high reflective pigments as cool pigments is taken into consideration to reduce energy consumption in buildings, especially in tropical regions. The aim of this study is to synthesize the iron oxide (hematite) -titanium dioxide pigment and investigate the infrared reflection properties in different synthesis conditions. For synthesis, combination of sol-gel and co-precipitation method was used. The effect of synthesis method and calcination on IR reflection was investigated. Compositions of products and powder morphology were analyzed using X-ray powder diffraction (XRD), Field emission scanning microscopy (FESEM) and Transmission electron microscopy (TEM) methods. The results of XRD showed that titanium oxide delayed the crystallization of iron oxide. By examining the reflection spectra of the powders, it was observed that the infrared reflection increases significantly by crystallization. Overall it was seen that the Fe2O3@TiO2 core shell structure can be considered as a suitable cool pigment with good NIR reflection for energy saving applications. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hematite
  • Titanium dioxide
  • Core-shell
  • Co-precipitation
  • cool pigments
  • infrared reflection
A. K. Bendiganavale, V. C. Malshe, Infrared reflective inorganic pigments. Recent Patents Chem. Eng. 1(2008), 67-79.
R. Levinson, Characterizing the Radiative Properties of Pigments for Cool Roofs, EETD Noon Seminar Thursday (2004), 90-95.
C. M. Alvarez-Docio, J. J. Reinosa, A. del Campo, J. F. Fernandez, 2D particles forming a nanostructured shell: A step forward cool NIR reflectivity for CoAl2O4 pigments, Dyes Pigm. 137 (2017), 1-11.
V. Fang, J. Kennedy, J. Futter, J. Manning, A review of near infrared reflectance properties of metal oxide nanostructures, GNS Science Report. (2013), 34-39.
م. حسینی زری، رنگدانه‌های معدنی اینکلوژنی و نانوکپسوله هماتیت درون زمینه‌های سرامیکی. مجله علمی ترویجی مطالعات در دنیای رنگ. (1390)1، 35-31.
S. Amala Jayanthi, D. Muthu Gnana Theresa Nathan, J. Jayashainy, P. Sagayaraj, A novel hydrothermal approach for synthesiz ing a-Fe2O3, g-Fe2O3 and Fe3O4 mesoporous magnetic nanoparticles. Mater. Chem. Phys. 162(2015), 316-325.
C. Wang, Zh. Huang, Controlled synthesis of α-Fe2O3 nanostructures for efficient photocatalysis. Mater.Lett. (2015), 12-18.
J. Zeng, J. Li, J. Zhong, H. Yang, Y. Lu, G. Wang, Improved sun light photocatalytic activity of α-Fe2O3 prepared with the assistance of CTAB. Mater. Lett. (2015), 54-60.
M. Mohapatra, S. Anand, Synthesis and applications of nano-structured iron oxides/hydroxides– a review, Int. J. Eng. Sci. Technol. 2(2010), 127-146.
M. F. R. Fouda, M. B. El-Kholy, S. A. Moustafa, A. I. Hussien, M. A. Wahba, M. F. El-Shahat, Synthesis and Characterization of Nanosized Fe2O3 Pigment, Hindawi Publishing Corporation Int. J. Inorganic Chem. 3(2012), 41-48.
م. کرباسی، سنتز نانوذرات TiO2  به روش میکروامولسیون و بررسی تغییرات ریزساختاری ذرات در حین کلسیناسیون. نشریه علمی پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1390)5، 50-43.
M. Farahmandjou, F. Soflaee, Synthesis and characterization of α-fe2o3 nanoparticles by simple coprecipitation method. Phys. Chem. Res., 3(2015), 191-196.
K. T. Loye, A. Desjarlais, Special infrared reflective pigments make a dark roof reflect almost like a white roof, (2004), 1-14.
C-S. Liang, H. Zhang, M. Luo, H. Liu, Y. Bai, H. Xu, Y. Zhang, Preparation of Cr2O3-based pigments with high NIR reflectance via thermal decomposition of CrOOH. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 25(2015) 2646−2652.
T. Thongkanluang, T. Kittiauchawal, P. Limsuwan, Preparation and characterization of Cr2O3–TiO2–Al2O3–V2O5 green pigment. Ceram. Int. 37 (2011) 543–548.
T. Thongkanluang, J. Wutisatwongkul, P. Surin, Yellowish-brown pigment with high near infrared reflective. Adv. Mater. Res. 979(2014), 102-106.
G. A. Klein, Industrial Color Physics, Volume 154 of Springer Series in Optical Sciences, 2010, 97-99.
R. Sharma, R. Shaw, S. Tiwari, S. Tiwari, Nano-titania decorated fly ash as self-cleaning antibacterial cool pigment. ACS Sustainable Chem. Eng. (2015) 1-8.
Q. Gao, X. Wu, Y. Fan, The effect of iron ions on the anatase-rutile phase transformation of titania (TiO2) in mica-titania pigments. Dyes Pigm. 95 (2012), 96-101.
A. Lassoued, M. S. Lassoued, B. Dkhil, A. Gadri, S. Ammar, Synthesis, structural, optical and morphological characterization of hematite through the precipitation method: Effect of varying the nature of the base. J. Mol. Struct. 1141(2017), 99-106.
P. Jeevanandam, R. S. Mulukutla, M. Phillips, S. Chaudhuri, L. E. Erickson, K. J. Klabunde, Near infrared reflectance properties of metal oxide nanoparticles. J. Phys. Chem. C. 111(2007) 1912-191.
H. Hashimoto, K. Higuchi, H. Inada, Y. Okazaki, T. Takaishi, H. Asoh, Well-Dispersed α‑Fe2O3 particles for lead-free red overglaze enamels through hydrothermal treatment. ACS Omega. 1(2016), 9−13.
A. Han, Y. Zhou, M. Ye, S. Feng, H. Du, R. Yang, Near-infrared reflectance and thermal performance of Na2V6O16· xH2O nanoribbon as a novel cool brown pigment. Dyes Pigm. 123(2015), 242-247.
L. Liu, A. Han, M. Ye, W. Feng, The evaluation of thermal performance of cool coatings colored with high near-infrared reflective nano-brown inorganic pigments: Magnesium doped ZnFe2O4 compounds. Sol. Energy. 113(2015), 48–56.