概念：高發射率陶瓷材料、紅外輻射

性能：高的紅外發射率、化學穩定性好、熱穩定性佳 尖晶石材料的優點在于中遠紅外波段（中紅外波段 3 ~ 40 微米,遠紅外波段 40 ~ 1000 微米）發射率較高，缺點在于其近紅外波段（780-2526nm）發射率較低。

應用：工業爐，比如加熱爐、淬火爐、步進爐等 作用：提高熱效率，低碳節能； 相關：ZS-1061 主要內容：摻雜稀土離子的尖晶石鐵氧體的高發射率陶瓷材料的紅外輻射機理及研發方 向。

紅外輻射是由于物質內部的原子和分子不斷運動產生的，溫度高于絕對零度的物體都 會向外發射電磁波即紅外輻射。 陶瓷材料是由多原子組成的具有大分子結構的材料，而多原子在振動時容易改變分子 對稱性從而使材料偶極矩發生變化，因此陶瓷材料具有較高的紅外發射率。堇青石體系（由 SiO4 和 AlO4 四面體通過角連接組成的六元環三維框架，每個六元環之間由 AlO4 與 MgO6 相 連接）、尖晶石體系（通式 AB2O4 表示，其中 A 和 B 分別主要是二價和三價陽離子）、鈣鈦 礦體系（ABO3，式中的 A 是稀土或堿土金屬離子，而 B 則是過渡金屬離子）、莫來石體系 （Al2O3 與 SiO2 組成的非定比化合物）、SiC 材料（低溫---β-SiC 的立方晶型，六方密排結構 ---α-SiC） 尖晶石型鐵氧體材料由通式 AB2O4 表示，其中 A 和 B 分別主要是二價和三價陽離子。

#百家新收益#大 量的過渡金屬氧化物在尖晶石結構中由于氧離子的緊密堆積而結晶，晶胞中具有大量四面體 及八面體間隙，這些空隙易于被其他陽離子占據以便對尖晶石型鐵氧體進行摻雜改性，從而 改善尖晶石鐵氧體材料的紅外輻射性能。 其中，分子結構為 MFe2O4(M=Co，Zn，Ni，Cu 等) 的尖晶石鐵氧體有很多優良特性：較窄的帶隙寬度、較低的毒性和優異的紅外輻射特性。

早期研究： 將 Ni2+摻雜入 Co-Zn 鐵氧體中，得到的尖晶石復合材料在 8~14 μm 波段范圍內紅外發 射率接近 0.92。

改進： 將 Ni2+與稀土離子(釓[gá] Gd3+，釤 [shān] Sm3+和銪 [yǒu]Eu3+)共摻雜入 Co-Zn 鐵氧體 中得到的材料在 8~14 μm 波段范圍內紅外發射率提高到 0.938。 理論基礎：稀土離子的半徑幾乎都大于金屬離子的半徑，將它們摻雜入鐵氧體后會造成 明顯的晶格畸變從而提高尖晶石材料的紅外發射率。 對單一摻雜稀土離子鈰 Ce3+的 Co-Zn 鐵氧體進行研究發現，5μm 以上波段的紅外輻射 主要來自聲子和聲子組合輻射的耦合作用。

另外，有研究人員提出如果在此能夠引入力常數 K0 的變化對于晶格畸變的影響，則將 有助于更好地解釋此波段中尖晶石鐵氧體的輻射機理。 不同 Cu2+摻雜量的 CuxCo1-xFe2O4 粉末，并通過傅里葉紅外光譜（FT-IR）和 X 射線衍射 (XRD)光譜獲得的數據計算力常數 K0，結果表明，K0 越小的樣品在此光譜范圍內的紅外發射 率越高。 與此波段紅外發射率的增強機理不同的是，3~5 μm 波段紅外發射率的增強與材料中陽 離子躍遷有關，而帶隙寬度對于陽離子躍遷能力有著重要影響，所以有研究者從帶隙寬度對 材料紅外發射率的影響作了深入研究 比較了 Fe3O4、NiFe2O4和 CuFe2O4 三種尖晶石鐵氧體的帶隙以及光吸收系數，結果表明， Fe3O4 的較窄帶隙使得其電子躍遷比 NiFe2O4 和 CuFe2O4 的電子躍遷容易，所以 Fe3O4 在 3~5 μm 波段內具有最高的發射率。

了解了 3~5 μm 波段范圍內紅外輻射增強機理便可利用此知識對其他尖晶石鐵氧體在 這一波段紅外發射率的提升提供理論指導。 有研究員 利用溶劑熱法合成了具有納米尺寸的 Cu Fe2O4 尖晶石結構顆粒，紫外-近紅外 UV-NIR 吸收光譜表明，隨著燒結溫度的升高，光吸收性能得到改善，伴隨著帶隙寬度的降低， 電子躍遷幾率增加，制備的 Cu Fe2O4 尖晶石結構材料的最佳紅外輻射發射率高達 0.965。

尖晶石鐵氧體具有良好的化學性質以及優異的紅外發射特性。目前研究中主要通過摻雜 稀土離子來提高尖晶石鐵氧體中遠紅外波段的紅外發射率，且通過實驗證明這是行之有效的 辦法。ZS（1061） 主要是這方面的深入應用，利用高發射率的陶瓷材料（過渡金屬摻 雜的尖晶石鐵氧體、釔 Y 摻雜的尖晶石鐵氧體、摻雜 Cu2+的以三氧化二鋁和二氧化硅組成的 莫來石等）制備的紅外輻射涂料 ZS（1061）。陶瓷涂料 ZS（1061） 涂覆于工業爐內壁，可充分利用 爐內熱量，對爐內工件二次加熱強化，達到節能環保的目的。