基于紅外高發射率材料的應用, 用固相法制備了Zn1- xAlxO ( x= 0.01, 0.02, 0.05, 0.07) 粉末, 并研究預煅燒和二次煅燒后樣品的紅外發射率。X 射線衍射和掃描電鏡分析結果表明, 當Al 摻雜濃度達到2% ( 原子比) 時, 出現了尖晶石相ZnAl2O4。預煅燒和二次煅燒后的樣品結晶質量差, 有尖晶石相ZnAl2O4 形成。紅外發射率分析表明, 1200℃時, 隨著摻雜濃度的增大, 樣品在3~ 5 um, 8~ 14 um, 1~ 22 um 三個波段內的發射率都降低了。隨著煅燒溫度的升高, 在8~ 14 um 波段內, Zn0.99Al0.01O 發射率先升高后降低, 在0.984~ 0.987 之間。Zn0.99Al0. 01O 經過預煅燒和二次煅燒后, 在這三個波段內的發射率都升高了。二次煅燒溫度為1200℃ 時, 得到的8~ 14 um 內的發射率最高, 為0.989。二次煅燒溫度為1300℃的樣品在三個波段內的整體發射率大于0.95。

　　紅外高發射率材料是一類有著良好熱輻射性能的材料。它可以提高儀器設備的紅外熱源的輻出度, 可以涂于建筑物的外墻表面, 起到節能降耗作用, 可以應用于航天器設備上, 提高設備表面的散熱性。

　　目前研究的高發射率的粉體基料主要有Fe2O3、MnO2、NiO、Cr2O3、ZrO2、SiO2、Al2O3、ZnO、Co2O3、石墨等混合組成的材料。南京航空航天大學用MnO2,Co2O3, CuO, Fe2O3 等研制的NH9 型耐熱涂料的發射率在2.5~ 25 um 的波長范圍內的數值保持在0.88~ 0.92。周基煒等用鋁溶膠為黏結劑、高發射率納米粒子為填料制備的陶瓷涂層在8~ 14um 波段內最高發射率達到0.96。Dan 等 用Cr2O3, SiC, Fe2O3 等基料制備的微納米涂層最高發射率達到0.92。大部分研究主要是關于復合材料對發射率的影響, 得到的發射率只在單一波段達到較大值或者在全波段發射率還比較小。關于Al 摻雜的ZnO(ZAO) 的研究主要集中在透明導電薄膜以及紅外低發射率材料方面, 而高發射率的ZAO 從未有人研究過。此外, 二次煅燒可以提高材料的發射率, 但這方面的研究還沒有。

　　本文用簡單的固相法制備了ZAO 粉末, 研究了不同Al 摻雜濃度、煅燒溫度以及預煅燒和二次煅燒對其紅外發射率的影響, 得到了3~ 5 um, 8~ 14 um 和1~ 22 um 三個波段內的發射率都高達0.95 的ZAO粉末。

結論

　　用固相法制備了Zn1- x AlxO ( x = 0.01, 0.02,0.05, 0.07) 粉末, 并研究了預煅燒和二次煅燒對其紅外發射率的影響。

　　(1) ZnO:Al 粉末仍為纖鋅礦結構, 當Al 摻雜濃度達到2%時, 開始出現了尖晶石相ZnAl2O4。這說明用固相法制備時, Al 在ZnO 中的固溶度為2%。

　　(2) 預煅燒和二次煅燒的樣品中有少量的Al 元素析出, 形成尖晶石相ZnAl2O4。預煅燒和二次煅燒不利于Al 摻入ZnO 晶格中。

　　(3) 煅燒溫度為1200 􀀁 時, 隨著摻雜濃度的增大,三個波段內的發射率都逐漸降低。隨著煅燒溫度的變化( 1000~ 1300 ℃ ) , 在8~ 14 um 波段內, Zn0.99Al0.01O 的發射率在0.984~ 0.987 之間。所以為了得到高發射率的ZAO 粉末,Al 的最佳摻雜濃度為1% 。

　　(4) 預煅燒和二次煅燒都有利于提高ZnO 的紅外發射率。二次煅燒溫度為1200 ℃ 時, Zn0.99Al0.01O粉末在8~ 14 um 內的發射率最高, 為0.989。二次煅燒溫度為1300 ℃ 時, Zn0.99Al0.01O 粉末在三個波段內的整體發射率高于0.95。