[go: up one dir, main page]

RU2831134C1 - SOLAR REFLECTOR BASED ON TWO-LAYER HOLLOW PARTICLES SiO2/ZnO - Google Patents

SOLAR REFLECTOR BASED ON TWO-LAYER HOLLOW PARTICLES SiO2/ZnO Download PDF

Info

Publication number
RU2831134C1
RU2831134C1 RU2023135360A RU2023135360A RU2831134C1 RU 2831134 C1 RU2831134 C1 RU 2831134C1 RU 2023135360 A RU2023135360 A RU 2023135360A RU 2023135360 A RU2023135360 A RU 2023135360A RU 2831134 C1 RU2831134 C1 RU 2831134C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zno
hollow particles
layer hollow
sio
temperature
Prior art date
Application number
RU2023135360A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктория Юрьевна Юрина
Андрей Николаевич Дудин
Виталий Владимирович Нещименко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Амурский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Амурский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Амурский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2831134C1 publication Critical patent/RU2831134C1/en

Links

Abstract

FIELD: temperature control coatings.
SUBSTANCE: invention relates to thermal control coatings of "solar reflector" class and can be used in space engineering, in optical instrument making, as well as in construction industry. Disclosed is a temperature-regulating coating based on two-layer hollow particles SiO2/ZnO, prepared from 50–30% by volume of organosilicon varnish KO-921 and 50–70% by volume of modifying nanoparticles, note here that modification is carried out with two-layer hollow particles of SiO2/ZnO with average size of 1,400 to 1,900 nm.
EFFECT: thermoregulatory coating based on two-layer hollow particles SiO2/ZnO, having high resistance of optical properties to action of protons and electrons with energy from 10 to 200 keV is developed.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к терморегулирующим покрытиям класса «солнечный отражатель».The invention relates to the field of space materials science, namely to temperature-regulating coatings of the “solar reflector” class.

Одной из актуальных задач космического материаловедения является создание материалов, которые могут выдерживать экстремальные условия космоса, включая радиацию, экстремальную температуру и воздействие микрометеоритов. Двухслойные полые частицы на основе SiO2 и ZnO выбраны для разработки терморегулирующих покрытий класса «солнечный отражатель», поскольку порошки-пигменты SiO2 и ZnO и покрытия на их основе имеют высокую стойкость оптических свойств к воздействию протонов и электронов. One of the current tasks of space materials science is the creation of materials that can withstand extreme space conditions, including radiation, extreme temperatures and the impact of micrometeorites. Two-layer hollow particles based on SiO 2 and ZnO were selected for the development of temperature-regulating coatings of the "solar reflector" class, since SiO 2 and ZnO pigment powders and coatings based on them have high resistance of optical properties to the impact of protons and electrons.

Изобретение может быть использовано в космической технике, в оптическом приборостроении, а также в строительной индустрии.The invention can be used in space technology, optical instrument making, and also in the construction industry.

Имеется ряд терморегулирующих покрытий класса «солнечный отражатель» для металлических поверхностей с требуемыми оптическими свойствами, но обладающие невысокой стойкостью к воздействию факторов космического пространства. Аналогом изобретения является покрытие [Reflective Coating Composition. Application: 2008150546/15, 19.12.2008. Effective date for propertyrights: 19.12.2008. Inventor(s): Zhabrev V.A., Kuznetsova L.A., Efimenko L.P. et.al. Proprietor(s): Uchrezhdenie Rossijskoj akademii nauk Institut khimiisilikatov imeni I.V. Grebenshchikova (IKhSRAN)] для получения светостойкого отражающего покрытия, включающего в качестве наполнителя механическую смесь оксидов металла ZrO2 (30-55 мас.%) и MgO (25-35 мас.%) с размером частиц 80-120 нм, в качестве связующего – жидкое стекло (20-25 мас.%). Недостатком данной композиции является то, что пигмент полностью на 100% состоит из наночастиц, стоимость которых во много раз превышает стоимость этих же соединений с частицами микронных размеров. Нанопорошки используются неэффективно с точки зрения повышения светостойкости, поскольку для этих целей достаточно несколько процентов наночастиц от массы пигмента, который они обволакивают, создавая слои, выступающие в качестве центров релаксации первичных дефектов, образованных облучением.There are a number of temperature-regulating coatings of the "solar reflector" class for metal surfaces with the required optical properties, but possessing low resistance to the effects of space factors. An analogue of the invention is the coating [Reflective Coating Composition. Application: 2008150546/15, 19.12.2008. Effective date for propertyrights: 19.12.2008. Inventor(s): Zhabrev VA, Kuznetsova LA, Efimenko LP et.al. Proprietor(s): Uchrezhdenie Rossijskoj akademii nauk IV Grebenshchikov Institute of Chemical Silicates (IKhSRAN)] for obtaining a light-resistant reflective coating, including a mechanical mixture of metal oxides ZrO 2 (30-55 wt.%) and MgO (25-35 wt.%) with a particle size of 80-120 nm as a filler, and liquid glass (20-25 wt.%) as a binder. The disadvantage of this composition is that the pigment consists entirely of nanoparticles, the cost of which is many times higher than the cost of the same compounds with micron-sized particles. Nanopowders are used ineffectively in terms of increasing light resistance, since several percent of the nanoparticles from the mass of the pigment, which they envelop, are sufficient for these purposes, creating layers that act as relaxation centers for primary defects formed by irradiation.

Известен способ выбора модификатора для пигмента ZrO2 на основании измерений диэлектрической проницаемости соединений, в качестве которых могут выступать порошки Al2O3, SrO, MgO, SiO2, SrNO3 [Способ выбора модификатора для пигментов светоотражающих покрытий. Патент РФ № 2160295 от 10.12.2000 по заявке № 98114045 от 10.07.1998]. Этот способ позволяет обоснованно выбрать тип модификатора.A method is known for selecting a modifier for the ZrO 2 pigment based on measurements of the dielectric constant of compounds, which can be powders of Al 2 O 3 , SrO, MgO, SiO 2 , SrNO 3 [Method for selecting a modifier for reflective coating pigments. Russian Federation Patent No. 2160295 dated 10.12.2000 based on application No. 98114045 dated 10.07.1998]. This method allows for a reasonable selection of the type of modifier.

Известен способ повышения стойкости к действию излучений пигментного диоксида циркония путем модифицирования диоксидом кремния со средним размером гранул 5-110 мкм при следующем соотношении компонентов, масс.%: диоксид кремния 1÷7, диоксид циркония 93-99 [Пигмент для светоотражающих покрытий. Патент РФ № 2144932 от 27.01.2000, R2144932 по заявке № 98110024 от 27.05.2008]. Эффект повышения стойкости к действию излучений обусловлен тем, что на поверхности зерен и гранул ZrO2 образуется защитная аморфная пленка SiO2+nH2O за счет разложения тетрахлорида кремния A method is known for increasing the radiation resistance of pigment zirconium dioxide by modifying it with silicon dioxide with an average granule size of 5-110 μm at the following ratio of components, mass %: silicon dioxide 1÷7, zirconium dioxide 93-99 [Pigment for reflective coatings. Russian Federation Patent No. 2144932 of 27.01.2000, R2144932 under application No. 98110024 of 27.05.2008]. The effect of increasing radiation resistance is due to the fact that a protective amorphous film of SiO 2 +nH 2 O is formed on the surface of ZrO 2 grains and granules due to the decomposition of silicon tetrachloride.

SiCl4+(n+2)H2O→SiO2nH2O+4HCl (1)SiCl 4 +(n+2)H 2 O→SiO 2 nH 2 O+4HCl (1)

Недостатком данного способа является сложность его осуществления и получения пленок с высокой сплошностью.The disadvantage of this method is the complexity of its implementation and obtaining films with high continuity.

Технической задачей данного изобретения является разработка терморегулирующего покрытия на основе двухслойных полых частиц SiO2/ZnO, имеющего высокую стойкость оптических свойств к воздействию протонов и электронов с энергией от 10 до 200 кэВ.The technical objective of this invention is to develop a temperature-regulating coating based on two-layer hollow particles of SiO2 /ZnO, which has high resistance of optical properties to the effects of protons and electrons with energies from 10 to 200 keV.

Эта задача решается тем, что терморегулирующее покрытие на основе двухслойных полых частиц SiO2/ZnO было приготовлено при смешивании 50-70% по объему порошка-пигмента и 50-30% по объему кремнийорганического лака КО-921, которые были нанесены на алюминиевые подложки АМг6, предварительно покрытые грунтовкой из поливинилбутираля. Толщина слоя покрытия составляла примерно 200-250 мкм.This problem is solved by the fact that the temperature-regulating coating based on two-layer hollow particles SiO 2 /ZnO was prepared by mixing 50-70% by volume of pigment powder and 50-30% by volume of organosilicon varnish KO-921, which were applied to aluminum substrates AMg6, pre-coated with a primer made of polyvinyl butyral. The thickness of the coating layer was approximately 200-250 μm.

Двухслойные полые частицы SiΟ2/ZnΟ формировались при смешивании коллоидного раствора полистирольных частиц, этанола, 3-триэтоксисилпропиламина и тетраэтилортосиликата в соотношении по объему 25:250:1:5 при температуре 50°С, с последующим добавлением ацетата цинка и 25% раствора гидроксида аммония в соотношении 5:25 к первичному раствору. После чего полученный раствор перемешивался при температуре 50°С. После чего полученный продукт был промыт несколько раз спиртом и высушен при 60°С на воздухе. Далее осуществляли ступенчатую термообработку от 200 до 600°С в течение 4-х часов.Double-layer hollow particles SiΟ 2 /ZnΟ were formed by mixing a colloidal solution of polystyrene particles, ethanol, 3-triethoxysilpropylamine and tetraethyl orthosilicate in a volume ratio of 25:250:1:5 at a temperature of 50°C, followed by the addition of zinc acetate and 25% ammonium hydroxide solution in a ratio of 5:25 to the primary solution. After which the resulting solution was stirred at a temperature of 50°C. After which the resulting product was washed several times with alcohol and dried at 60°C in air. Then stepwise heat treatment was carried out from 200 to 600°C for 4 hours.

На фиг.1а показана область, которая была проанализирована методом рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии. Из этого следует, что двухслойные полые частицы SiO2/ZnO имеют сферическую форму со средним размером от 1400 до 1900 нм, и часть из них образует агломераты. Изображения, полученные на просвечивающем электронном микроскопе (фиг.1б), подтверждают наличие полой сферы, о чем свидетельствует повышенный контраст цвета по периферии. При детальном рассмотрении изображения можно различить структуры, напоминающие оболочки с толщинами 260-330 нм. Первая оболочка характеризует образование полой частицы диоксида кремния, вторая – оксида цинка.Figure 1a shows the region that was analyzed by X-ray energy dispersive spectroscopy. It follows that the two-layer hollow SiO2 /ZnO particles are spherical with an average size of 1400 to 1900 nm, and some of them form agglomerates. The images obtained with a transmission electron microscope (Fig. 1b) confirm the presence of a hollow sphere, as evidenced by the increased color contrast at the periphery. Upon closer examination of the image, structures resembling shells with thicknesses of 260-330 nm can be distinguished. The first shell characterizes the formation of a hollow particle of silicon dioxide, the second - zinc oxide.

Полученное терморегулирующее покрытие на основе двухслойных полых частиц SiO2/ZnO устанавливают в вакуумной камере установки с источником электронов и протонов, камеру откачивают до давления P ≤ (1-5)·10-6 тор, регистрируют спектр отражения до облучения, облучают электронами и протонами с энергией от 10 до 200 кэВ при температуре 300 К. Рассчитывают значение интегральной полусферической излучательной способности (ε) [Брамсон М. А. Инфракрасное излучение нагретых тел. – М.: Наука, 1964, 223 с.]. Расчет интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (α S ) осуществляли по методике Джонсона [Johnson F.S. // Journal of Meteorological. 1954. V. 11. № 6. P. 431–439.] в соответствии с международными стандартами ASTM (E490-00a и E903-96) [ASTM E490 - 00a Standard Solar Constant and Zero Air Mass Solar Spectral Irradiance Tables. – 2019., ASTM E903 - 96 Standard Test Method for Solar Absorptance, Reflectance, and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres. – 2005]. Регистрируют спектр отражения после облучения, вычитают спектр отражения после облучения из спектра отражения до облучения, получают разностный спектр, по нему рассчитывают значение изменения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения ∆α S . The resulting temperature-regulating coating based on two-layer hollow particles SiO 2 /ZnO is installed in a vacuum chamber of the setup with a source of electrons and protons, the chamber is evacuated to a pressure of P ≤ (1-5) 10 -6 torr, the reflection spectrum is recorded before irradiation, irradiated with electrons and protons with an energy of 10 to 200 keV at a temperature of 300 K. The value of the integral hemispherical emissivity ( ε ) is calculated [Bramson M.A. Infrared radiation of heated bodies. - Moscow: Science, 1964, 223 p.]. The integral absorption coefficient of solar radiation ( α S ) was calculated using Johnson's method [Johnson FS // Journal of Meteorological. 1954. V. 11. No. 6. P. 431–439.] in accordance with international standards ASTM (E490-00a and E903-96) [ASTM E490 - 00a Standard Solar Constant and Zero Air Mass Solar Spectral Irradiance Tables. – 2019., ASTM E903 - 96 Standard Test Method for Solar Absorptance, Reflectance, and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres. – 2005]. The reflectance spectrum after irradiation is recorded, the reflectance spectrum after irradiation is subtracted from the reflectance spectrum before irradiation, a difference spectrum is obtained, and the value of the change in the integral absorption coefficient of solar radiation ∆ α S is calculated from it .

Полученные значения характеристик разработанного терморегулирующего покрытия на основе двухслойных полых частиц SiO2/ZnO показаны в таблице 1.The obtained values of the characteristics of the developed temperature-regulating coating based on two-layer hollow particles SiO 2 /ZnO are shown in Table 1.

Таблица 1 – Характеристики терморегулирующего покрытия на основе двухслойных полых частиц SiO2/ZnOTable 1 – Characteristics of a temperature-regulating coating based on two-layer hollow particles SiO 2 /ZnO

αα S0S0 εε 00 α S , имитация 15 лет на ГСОα S , 15 years simulation at GSO Адгезия метод отрыва, MПаAdhesion by pull-off method, MPa ≤ 0,11≤ 0.11 > 0,94> 0.94 ≤ 0,19≤ 0.19 1010

Технический результат использования изобретения заключается в том, что разработано терморегулирующее покрытие на основе двухслойных полых частиц SiO2/ZnO, имеющее высокую стойкость оптических свойств к воздействию протонов и электронов с энергией от 10 до 200 кэВ.The technical result of using the invention is that a temperature-regulating coating has been developed based on two-layer hollow particles of SiO2 /ZnO, which has high resistance of optical properties to the effects of protons and electrons with energy from 10 to 200 keV.

Claims (1)

Терморегулирующее покрытие на основе двухслойных полых частиц SiO2/ZnO, приготовленное из 50-30% по объему кремнийорганического лака КО-921, 50-70% по объему модифицирующих наночастиц, отличающееся тем, что модифицирование осуществляется двухслойными полыми частицами SiO2/ZnO со средним размером от 1400 до 1900 нм.A temperature-regulating coating based on two-layer hollow particles of SiO 2 /ZnO, prepared from 50-30% by volume of organosilicon varnish KO-921, 50-70% by volume of modifying nanoparticles, characterized in that the modification is carried out by two-layer hollow particles of SiO 2 /ZnO with an average size of 1400 to 1900 nm.
RU2023135360A 2023-12-27 SOLAR REFLECTOR BASED ON TWO-LAYER HOLLOW PARTICLES SiO2/ZnO RU2831134C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2831134C1 true RU2831134C1 (en) 2024-12-02

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2711807C2 (en) * 1977-03-18 1982-09-02 Dornier System Gmbh, 7990 Friedrichshafen Spectrally selective plastic film for solar technology
RU2144932C1 (en) * 1998-05-27 2000-01-27 Томский политехнический университет Pigment for light-reflecting coatings
JP2014193700A (en) * 2013-03-29 2014-10-09 Mitsubishi Electric Corp Thermal control plate
RU2620386C2 (en) * 2014-09-18 2017-05-25 Михаил Михайлович Михайлов Method of producing light-fast enamels and paints
RU2020115173A (en) * 2020-04-30 2021-11-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" SOLAR REFLECTOR BASED ON ZnO POWDER MODIFIED WITH SiO2 NANOPARTICLES

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2711807C2 (en) * 1977-03-18 1982-09-02 Dornier System Gmbh, 7990 Friedrichshafen Spectrally selective plastic film for solar technology
RU2144932C1 (en) * 1998-05-27 2000-01-27 Томский политехнический университет Pigment for light-reflecting coatings
JP2014193700A (en) * 2013-03-29 2014-10-09 Mitsubishi Electric Corp Thermal control plate
RU2620386C2 (en) * 2014-09-18 2017-05-25 Михаил Михайлович Михайлов Method of producing light-fast enamels and paints
RU2020115173A (en) * 2020-04-30 2021-11-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" SOLAR REFLECTOR BASED ON ZnO POWDER MODIFIED WITH SiO2 NANOPARTICLES

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mikhailov M.M. et al. Optical properties of zinc oxide powders modified by nanoparticles ZnO2, Al2O3, TiO2, SiO2, CeO2 and Y2O3 with various concentrations. Dyes and Pigments, 2016, vol.131, pp.256-263. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI706029B (en) Composition for infrared absorption layer, filter for cutting infrared and imaging device
US20240368411A1 (en) Metal-free solar-reflective infrared-emissive paints and methods of producing the same
EP3167013B1 (en) Thermal control coatings
TWI483914B (en) Method for producing a coated component of quartz glass
DE102009014901A1 (en) Method for producing an antireflective coating and optical element
JPH02216751A (en) Ultraviolet ray suppressive light source, application agent for it, and its manufacture
JP6891029B2 (en) Optical equipment, films provided on the surface of optical equipment, and paints used for optical equipment
RU2831134C1 (en) SOLAR REFLECTOR BASED ON TWO-LAYER HOLLOW PARTICLES SiO2/ZnO
Hass et al. Optical film materials and their applications
JP6712683B2 (en) Particle material, method for producing the same, and transparent resin composition
PL180236B1 (en) Lacquer coating of low heat emission factor
US3620791A (en) Inorganic thermal control coatings
JPH11510555A (en) White pigment stable to UV irradiation by oxidizing agent
JP2025172202A (en) Article with heat-shielding film, optical device, paint, and method for manufacturing article
US3222197A (en) Inorganic surface coatings
US6086667A (en) Pigments coated with ultraviolet radiation absorbent
Mikhailov et al. On the radiation stability of BaSO4 pigment modified with SiO2 nanoparticles and applied for spacecraft thermal control coatings
RU2677173C1 (en) MODIFIED BY THE SiO2 NANOPARTICLES BaSO4 POWDER BASED PIGMENT
Mikhailov et al. Optical properties and photostability of silicon dioxide powders modified with SiO2 hollow particles and nanoparticles of various oxides
RU2678272C1 (en) PIGMENT FOR THERMAL REGULATING COATINGS OF SPACE VEHICLES BASED ON BaSO4 POWDER MODIFIED BY ZrO2 NANOPARTICLES
JP7154921B2 (en) Optical device, lens hood, method for manufacturing optical device, and method for manufacturing lens hood
Mikhailov et al. Distinctive features of the reflection spectra and radiation resistance of coatings based on ZnO powders modified by SiO2 nanoparticles
Mikhailov et al. Radiation Resistance of Nanomodified Organosilicic Enamel.
JP7651294B2 (en) Films applied to the surface of optical equipment, optical equipment, paint
RU2746656C1 (en) Method for creating selective infrared coating with high emittance in given wavelength range