近紅外反射陶瓷色料的研究進展*

張 緹

(佛山歐神諾陶瓷有限公司 廣東 佛山 528138)

太陽光譜由5%的紫外線(300～400 nm)、43%的可見光(400～700 nm)和52%的近紅外輻射(NIR，700～2 500 nm)組成。在日常生活中，城市建筑物表面吸收太陽光輻射后，室內溫度會升高，不僅影響了居住環境的舒適性，同時也加劇了建筑的制冷能耗。近期研究表明“冷材料/冷色料”可反射太陽輻射，尤其是近紅外輻射，可減少建筑物吸收的太陽能量。因此，為減少空調制冷的電能消耗，多種“冷材料/冷色料”產品被作為新型節能建筑材料，來用于城市建筑鋪裝。

相較于有機色料，陶瓷色料化學和熱穩定性優異，可適用于陶瓷釉料和熱塑性塑料等材料。因此，近紅外反射陶瓷色料得到了更為廣泛地研究和關注。近紅外反射陶瓷色料按顏色可分為白色、黑色以及有色色料；按結構可分為氧化物型、離子摻雜型、包裹型色料。筆者主要介紹了近紅外反射陶瓷色料的研究進展，包括色料的顏色分類以及合成方法等。

1 近紅外反射陶瓷色料的顏色分類

近紅外反射陶瓷色料的顏色分類如表1所示。

1.1 白色陶瓷色料

近紅外反射白色陶瓷色料主要是金紅石型二氧化鈦(TiO2)[1]色料和鋅白(ZnO)[2]色料。白色色料的光學特性歸因于在可見光范圍內的低吸光度和高散射性能。金紅石型TiO2用于近紅外反射白色陶瓷色料時，可用Al、Li和K等元素進行離子摻雜，進一步提高其日光反射率。

表1 近紅外反射陶瓷色料的顏色分類

1.2 黃/橙色陶瓷色料

鈦酸鎳(NiTiO3)是一種常規黃色陶瓷色料，具有62.1%的近紅外反射率[39]。He等[13]合成了核殼結構的NiTiO3@TiO2色料，通過復合結構設計提高了NiTiO3色料的近紅外反射率。另一種近紅外反射黃色陶瓷色料基于釩酸鉍(BiVO4)，BiVO4的光學帶隙為2.14～2.51 eV，可產生鮮艷的黃色。Sandhya等[40]用Ta/P取代BiVO4中的V，進一步提高了其呈色性能和近紅外反射率。

1.3 紅/棕色陶瓷色料

Li等[17]通過高溫熱解法合成了Cr2O3-3TiO2近紅外反射橙色陶瓷色料。Thongkanluang等[24]以Fe2O3為主體，加入Sb2O3、SiO2、Al2O3和TiO2，合成了近紅外反射率為41%的近紅外反射棕色陶瓷色料。Liu等[20]合成了Zn1-xMgxFe2O4近紅外反射陶瓷色料，在ZnFe2O4中摻入Mg2+，色料顏色由磚紅色變為深棕色，近紅外反射率≥51%。Zhang等[41]通過共沉淀反應和隨后的熱處理合成了(Cu/In)共摻雜ZnSxSe1-x色料，通過改變Cu/In摻雜比，色料呈現出從白色漸變為黃色、亮黃色、橙色、紅橙色、紅色再到棕紅色等諸多顏色，色料的近紅外反射率均大于60%。

1.4 綠色陶瓷色料

鉻綠(Cr2O3)色料因其高的近紅外反射特性(約為50%～57%)，通常被作為近紅外反射綠色陶瓷色料使用。Liang等[29]通過CrOOH的熱分解制備出了Ti摻雜Cr2O3綠色陶瓷色料，在Cr2O3中摻雜Ti4+將Cr2O3色料的近紅外反射率從84.04%提高至91.25%，并增加了色料亮度。Jose等[28]通過微乳液法合成了Y2BaCuO5紅外反射綠色陶瓷色料，近紅外反射率為50%。

1.5 藍/紫色陶瓷色料

目前使用最多的藍色陶瓷色料為鈷藍(CoAl2O4)，為了增強傳統鈷藍陶瓷色料的近紅外反射率，Hedayati等[34]采用溶膠-凝膠法，用Zn2+替代Co2+，Al3+替代Cr3+，合成了一系列Co1-xZnxCr2-yAlyO4色料，在減少鈷、鉻含量的同時，也提高了色料的近紅外反射率。Li等[37]在YIn1-xMnxO3藍色色料基礎上，通過離子摻雜合成了YIn1-x-2y-zMnxTiyZnyAlzO3紫色陶瓷色料。添加Al會增加YIn1-xMnxO3色料的紅度，從而呈現出紫色，該紫色陶瓷色料近紅外反射率高達90%。

1.6 黑色陶瓷色料

市售黑色陶瓷色料一般為黑色尖晶石結構，如(Fe,Co)(Fe,Cr)2O4、(Ni,Fe)(Fe,Cr)2O4。Oka等[38]為了優化Ca2MnO4色料的顏色和隔熱性能，通過固相法將Ti4+摻入到Ca2MnO4中的Mn4+位置，合成了Ca2Mn1-xTixO4近紅外反射黑色陶瓷色料，色料的近紅外反射率為66.2%。

2 近紅外反射陶瓷色料的合成方法

表2 近紅外反射陶瓷色料的合成方法

近紅外反射陶瓷色料的合成方法如表2所示。

近年來，具有高近紅外反射率的陶瓷色料成為建筑節能領域的研究熱點。這種陶瓷色料可反射太陽輻射，尤其是近紅外輻射，從而減少建筑物吸收的太陽能量。筆者探討了近紅外反射陶瓷色料的研究進展。并根據色料呈色對近紅外反射陶瓷色料進行了分類，并比較了多種不同的近紅外反射陶瓷色料合成方法。