基于二氧化钒粉体的智能控温涂料研究现状

    毕爱红朱金华　　　　（海军工程大学理学院，武汉430033）　　　　摘要：智能控温涂料是一种能在低温时透射红外光，而在高温时反射红外光的涂料。介绍了VO2及其掺杂粉体，以及基于VO2粉体的智能控温涂料的研究现状。提出了其今后的发展趋势。　　　　关键词：VO2粉末；相变性能；智能控温涂料　　　　中图分类号：TQ637文献标识码：A文章编号：1009-1696（2009）10-0024-04　　　　0·引言　　　　太阳光照射在物体表面时，物体主要吸收近红外光能量使其表面温度升高，而近红外光能量占太阳光总能量的50％。在夏季，阳光照射在物体表面时，表面温度可达70~80℃，此时需要反射红外光使物体表面温度降低；在冬季气温低时，需要透过红外光保温。即需要一种能在高温时反射红外光，而低温时透过红外光且能同时透射可见光的智能控温材料，从而节约能源和保护环境。　　　　目前有很多关于太阳热反射隔热涂料方面的报道，但仅停留在寻找传统的低红外光吸收无机填料及其配用基础上，如钛白粉、氧化锌、硫酸钡、二氧化硅、铁黑、铁红、铁黄、滑石粉、玻璃微珠等，仅仅依赖于高分子成膜物质和传统无机材料反射红外光的性能上。其共同缺点是反射太阳红外光的效率不高，并且只有反射红外光的功能，而在低温下没有透射红外光的作用，起不到自动调节温度的作用。　　　　二氧化钒（VO2）是一种在68℃附近具有相变功能的氧化物。可以设想，如果将具有相变功能的VO2粉体材料复合到基料中，再配以其他的颜填料，可以制成一种基于VO2的复合智能控温涂料。物体表面涂覆此种涂料后，当内部温度低的时候，红外光可进入内部；当温度升高到临界相变温度时，发生相变，此时红外光透过率降低，内部温度逐渐降低；当温度降到一定温度后，VO2发生逆相变，红外光透过率又增大，从而实现智能控温。可见，制备智能控温涂料的关键是制备具有相变功能的VO2粉体。　　　　1·相变原理　　　　在68℃时，VO2由低温的半导体、反铁磁、类似MoO2构型的畸变金红石型结构单斜相迅速转变到高温态的金属、顺磁、金红石型结构四方相，内部V-V共价键变为金属键，呈现金属态，自由电子的导电作用急剧增强，光学特性发生明显的变化。在温度高于相变点时，VO2呈金属态，可见光区域保持透明，红外光区域高反射，太阳辐射的红外光部分被遮挡在室外，对红外光的透过率小；在温度低于相变点时，VO2呈半导体态，从可见光到红外光区域呈中等程度透明，允许大部分太阳辐射（包括可见光和红外光）进入室内，透过率大，而且这种变化是可逆的。　

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