氧化鉻綠結構與性能的第 一性原理研究 

氧化鉻是重要的無機顏料,由于原料、制備方法、反應條件的不同導致了氧化鉻綠的形貌、顆粒度以及顏色參數的不同。對比國內外主要廠家的Cr2O3顏料產品色度和成分發(fā)現,在Cr2O3含量99%以上,其它雜質元素的種類、含量相近的情況下,色度參數卻有很大的差異。

本文通過Cr2O3的不同實驗制備結果,對Cr2O3的呈色進行了系統(tǒng)的研究;通過理論計算,更深層次揭示了結構參數對Cr2O3性質的影響,預測了結構參數與性能的關系,為不同性能Cr2O3的制備及工藝優(yōu)化提供分析依據。

實驗研究發(fā)現,與商業(yè)Cr2O3顏料的制備方法對比,純CrOOH通過熱分解法同樣可以制備出來的Cr2O3顏料的顏色為黃綠色,而且具有較高的近紅外反射率(84%),Ti的摻雜可以增大Cr2O3的近紅外反射率,而且其顏色還可以保持明亮的黃綠色;CrOOH在不同氣氛下制備Cr2O3顏料的形貌,Cr2O3含量各不相同,全程通氧制得的樣品形貌呈球狀,顆粒均勻,Cr2O3含量高,與商業(yè)樣品最相似,全程通氮制得的樣品形貌呈扁片狀,顆粒表面附有雜質,Cr2O3含量低。

不同氣氛下制備Cr2O3顏料的形貌和Cr2O3含量的不同導致了Cr2O3顏料的顏色參數和晶胞參數也各不相同;在100%N2-0%O2下,硫銨法制備出來的樣品為NaCrS2,在較高氧分壓下制備出來的樣品為Cr2O3,我們推測是NaCrS2反應的中間產物。較高含氧量情況下,硫銨法制備出來的樣品均為Cr2O3,不同氣氛下制備Cr2O3顏料的顏色參數和晶胞參數也各不相同。模擬計算得出,Cr2O3的基態(tài)磁結構為反鐵磁(AFM),其磁結構在晶格應變的情況下可以發(fā)生轉變。

在基態(tài)磁結構下,晶格的壓縮,O-2p電子和Cr-3d電子的態(tài)密度值降低,導帶向高能方向移動,價帶向低能向低能方向飄移,價從而使帶隙變寬。晶格拉伸時,呈現出相反的變化;介電函數和反射率隨著晶格應變的變化規(guī)律相同。晶格拉伸或者壓縮時,Cr2O3特征吸收峰的峰位和峰強都發(fā)生了明顯的變化,這些變化直接影響著Cr2O3的顏色參數;a軸方向拉應變使L*減小,壓應變使L*增 大,b軸方向應變對L*影響不大;拉伸對a*的影響更大,a*對a軸方向上的應變更敏感;壓應變對b*影響更大,b*對a軸方向上的應變更敏感。