The synthesis of near-infrared reflaective brown ceramic pigment of Zn1-xMgx Fe2 O4 การสังเคราะห์สีผงเซรามิกสีน้ำตาลสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้ Zn1-xMgxFe2O4

Abstract

บทความนี้นำเสนอผลการสังเคราะห์สีผงเซรามิกสีน้ำตาลด้วยปฏิกิริยาสถานะของแข็ง (Solid state reaction) จากซิงค์เฟอร์ไรท์ (Zinc ferrite) ที่เจือด้วยแมกนีเซียมอ๊อกไซด์ (Magnesium oxide) เพื่อเกิดเป็นผงสีสารประกอบอนินทรีย์เชิงซ้อน (Complex inorganic compound pigment, CICP) Zn_1-xMg_xFe₂O₄ ที่ให้สีน้ำตาลและมีความสามารถในการสะท้อนรังสีอาทิตย์ช่วงอินฟราเรดใกล้ (Near infrared) ผงสีที่สังเคราะห์ได้สามารถใช้ประกอบเป็นผลิตภัณฑ์สีทาอาคารเพื่อสะท้อนรังสีอาทิตย์ และลดปริมาณความร้อนที่สะสมบนแผ่นหลังคา ส่งผลต่อการประหยัดพลังงานของระบบปรับอากาศ และช่วยเพิ่มสภาพสบายเชิงอุณหภาพ (Thermal comfort) ภายในอาคาร

การสังเคราะห์ผงสีทำโดยการบดผสม ZnO Fe₂O₃ และ MgO ที่สัดส่วนต่าง ๆ เพื่อเกิดปฏิกิริยาเป็นสารประกอบอนินทรีย์ Zn_1-xMg_xFe₂O₄ โดยมีการแปรค่า x ระหว่าง 0 ถึง 1 และถูกเผาที่อุณหภูมิ 1,000 1,100 และ 1,200 องศาเซลเซียส แล้วนำมาล้าง อบ และบดจนได้เป็นผงสีเซรามิกสีน้ำตาล สีของผงสี ซึ่งคำนวณจากระบบ CIE L* a* b* ไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่ออุณหภูมิเผาเปลี่ยนแปลง แต่แปรเปลี่ยนมากตามค่า x หรือ ตามปริมาณ MgO ที่เจือ และพบว่า สีจะเปลี่ยนจากสีน้ำตาลเป็นสีน้ำตาลแดง เมื่อ x มีค่าเพิ่มขึ้น

เมื่อทำการวิเคราะห์ค่าการสะท้อนรังสีอาทิตย์ พบว่าผงสีเซรามิกสีน้ำตาลที่มีสูตรสารประกอบ Zn_1-xMg_xFe₂O₄ มีความสามารถในการสะท้อนรังสีอาทิตย์ช่วงอินฟราเรดใกล้ได้ดี โดยค่าการสะท้อนมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อ x มีค่าเพิ่มขึ้น ซึ่งจากชุดตัวอย่างทั้งหมดพบว่า Zn_0.2Mg_0.8Fe₂O₄ เมื่อเผาที่อุณหภูมิ 1,000 ^oC จะได้ผงสีน้ำตาลที่มีค่าการสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้สูงสุด เท่ากับ 72.9 %

The synthesis of near-infrared reflective brown ceramic pigment of Zn1-xMgxFe2O4

This paper presents the research and development of brown ceramic pigment synthesized by solid-state reaction of Zinc Ferrite doped with magnesium oxide that formed complex inorganic compound pigment (CICP) of Zn_1-xMg_xFe₂O₄. The pigment offered shades of brown and high reflectivity in the near-infrared (NIR) region. The pigment can be used as a vehicle for a high solar reflective coating that reduces heat absorbed by building structures, promotes energy conservation in an air-conditioning system, and enhance human thermal comfort in the building.

The synthesis was performed by ball-milling raw materials composed of ZnO, Fe₂O₃ and MgO at various compositions to reactively form Zn_1-xMg_xFe₂O₄ in the calcination process at 1,000, 1,100 and 1,200  °C, where x was varied between 0 and 1. The calcined compound was then washed, oven-dried and ground, that yielded powdered pigment with the shade of brown. The color of pigment, measured and computed in compliance with CIE L* a* b*, did not alter as the calcining temperature changed but varied significantly with x. As x increased, the color changed from brown to red brown.

The brown pigment possessed high solar reflectance in the NIR region. Its reflectance increased with x. It was found that the pigment synthesized with x = 0.8, Zn_0.2Mg_0.8Fe₂O₄, and calcined at 1,000 °C offered the highest NIR reflectance at 72.9 %