随着城市化进程不断加快,城市热环境恶化和建筑能源消耗问题日益凸显。传统建筑材料和有色颜料(如铁黄)通常在近红外波段(700–2500 nm)反射率较低,在日照下容易吸收热量,导致墙体和车体表面温度升高,进而加剧城市热岛效应、提升空调负荷、加重能源消耗。虽然高反射率的白色颜料可一定程度上缓解热积累问题,但其单一的色彩表现难以满足现代建筑与交通工具对涂层材料在功能与美观方面的双重需求。因此,开发兼具高近红外反射率、良好热屏蔽性能和优异色彩呈现能力的“冷颜料”,成为推动绿色低碳建筑发展的关键方向。特别是在颜料环保性和耐久性日益受重视的背景下,构建稳定、安全且经济适用的新型无机功能颜料已成为当前研究的重点与难点。
针对这一难点,南京工业大学材料科学与工程学院我院崔升教授、张垠教授课题组以LaAlO3钙钛矿为基体,引入Bi3+离子进行掺杂调控,构建了具备调色功能与高NIR反射性能兼容的La1-xBixAlO3黄色冷颜料体系。创新之处在于通过调节Bi3+掺杂比例,实现在可见光区增强吸收、形成明亮黄色的同时,保持近红外区的高反射能力,突破了传统颜料在色彩与热反射性能间的平衡瓶颈。样品经湿法球磨与高温固相法合成后,XRD证实所有样品保持钙钛矿单一相结构,Raman光谱进一步确认Bi–O键的存在,表明掺杂未破坏晶体骨架。在性能方面,该颜料在700–2500 nm波段的近红外反射率最高可达98.95%,并在模拟阳光照射下相比传统铁黄涂层有效降低表面温度4–5°C,具备优异的热屏蔽能力。耐久性测试结果显示,在酸碱溶液浸泡与户外老化条件下,颜料的色差ΔE*均小于4,近红外反射性能几乎不变,表现出极强的环境稳定性。此外,EnergyPlus模拟结果表明,该颜料涂层可使南方典型城市建筑年冷却能耗降低26%–28%。综合考虑其原料来源丰富、合成工艺简便、性能优异、成本可控,该材料具有显著的经济性和可推广性,在绿色建筑、交通涂层及户外节能领域展现出广阔应用前景。
论文第一作者为崔升教授、张垠教授团队的硕士生蔡橙,论文题目为“High near-infrared reflection characteristics and energy-saving applications of Bi-doped LaAlO3perovskite yellow pigment”,发表于期刊《Chemical Engineering Journal》,此外,南京工业大学材料科学与工程学院崔升教授、张垠教授为该论文的共同通讯作者。
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162195


