خواص نوری و ترموکرومیکی رنگ گارنت آهن ایتریوم

رستم‌نژادی, علی; مداحی هرندی, محمد مهدی; جزیره‌پور, محمد

doi:10.47176/ijpr.23.3.81544

خواص نوری و ترموکرومیکی رنگ گارنت آهن ایتریوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی رستم‌نژادی

محمد مهدی مداحی هرندی

محمد جزیره‌پور

مجتمع دانشگاهی الکترومغناطیس، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

https://doi.org/10.47176/ijpr.23.3.81544

چکیده

در این تحقیق، ما ویژگی‌های نوری و ترموکرومیکی با دمای بالا در نمونه های پودری و رنگ گارنت آهن ایتریوم را بررسی کردیم. پودر گارنت با استفاده از روش واکنش حالت جامد و پوشش ترموکرومیک به روش افشانه کردن روی یک بستر از آلیاژ آلومینیوم تهیه شدند. الگوی پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی گسیل میدانی، و اسپکتروفتومترهای UV-Vis و FTIR برای ارزیابی ساختاری، ریخت‌شناسی سطح و ویژگی های نوری مواد مورد استفاده قرار گرفتند. ویژگی های ترموکرومیکی نمونه‌ها با استخراج مختصات رنگیL^*b^*a^* از تصاویر دیجیتالی گرفته شده در دماهای بین 25 تا 210 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش دما، رنگ پوشش از سبز تیره به قهوه ای تیره تغییر می کند. انتقال بار بین یون‌های اکسیژن و آهن، و همچنین انتقال الکترون در بین اوربیتال‌های لایه d می‌تواند عامل تغییر رنگ برگشت‌پذیر در این پوشش باشد. این پوشش پایداری حرارتی قوی تا دمای350 درجه سانتیگراد دارد که برای کاربردهای ترموکرومیک در دمای بالا مناسب است.

کلیدواژه‌ها

ترموکرومیک

رنگ دما بالا

گارنت آهن ایتریوم

پودر

موضوعات

اپتیک و فوتونیک

عنوان مقاله English

Optical and thermochromic properties of yttrium iron garnet paint

نویسندگان English

Ali Rostamnejadi

Mohammad Madahi Harandi

Mohammad Jazirehpour

Faulty of Electromagnetics, Malek Ashtar University of Technology, Iran

چکیده English

In this study, we have investigated the optical and high-temperature thermochromic properties of yttrium iron garnet powder and paint. The powders were produced using the solid-state reaction technique, and the thermochromic paint was sprayed over an Al alloy substrate. X-ray diffraction patterns, optical and field emission scanning electron microscopes, and UV-Vis and FTIR spectrophotometers were used to assess the structural, surface morphology and optical characteristics of the materials. The thermochromic characteristics of the samples were investigated by extracting the chromatic coordinates L*b*a* from digital pictures taken at temperatures ranging from 25 to 210 °C. The results reveal that when the temperature rises, the color of the paint changes from dark green to dark brown. The charge transfer between oxygen and iron ions, as well as the electron transition across the orbitals of the d layer, could be responsible for the observed reversible color change. The paint has strong thermal stability up to 350 °C which is suitable for high-temperature thermochromic applications.

کلیدواژه‌ها English

thermochromic

high temperature paint

yttrium iron garnet

powder

M Ferrara and M Bengisu, “In Materials that Change Color”. Springer (2014).
C-G Granqvist, P Lansåker, N Mlyuka, G A Niklasson, and E Avendano, Mater. Sol. Cells 93 (2009) 2032.
X Zhao, X Hu, J Sun, Q You, H Xu, W Liu, G Sun, Y Nie, W Yao, and X Jiang, Appl. Phys. 128 (2020) 185107.
B Zhang, C Xu, G Xu, S Xiang, and Y Zhu, Mater. 86 (2018) 464.
Q Li, D Fan, and Y Xuan, Alloys Compd. 583 (2014) 516.
M Arulprakasajothi, B Susanth, K N Kumar, and A M M Reddy, Today: Proc. 47 (2021) 4666.
P S Aklujkar, and B Kandasubramanian, Coat. Tech. Res. (2020) 18.
J Kim and T Paik, Nanomaterials 11 (2021) 2674.
Y Zhu, G Xu, T Guo, H Hou, and S Tan, Alloys Compd. 720 (2017) 105.
S Zheng, Y Xu, Q Shen, and H Yang, Energy 112 (2015) 263.
S-Y Li, G A Niklasson, and C-G Granqvist, Appl. Phys. 108 (2010) 063525.
I P Parkin, and T D Manning, Chem. Edu. 83 (2006) 393.
M Štaffová, F Kučera, J Tocháček, P Dzik, F Ondreáš, and J Jančář, Appl. Poly. Sci. 138 (2021) 49724.
H Ji, D Liu, H Cheng, C Zhang, L Yang, and D Ren, RSC Adv. 7 (2017) 5189.
S Soudian, U Berardi, and N Laschuk, Ener. 205 (2020) 282.
T Karlessi, M Santamouris, K Apostolakis, A Synnefa, and I Livada, Energy 83 (2009) 538.
A Seeboth, D Lotzsch, R Ruhmann, and O Muehling, Rev. 114 (2014) 3037.
A Seeboth and D Lötzsch, “Thermochromic and thermotropic materials”, CRC Press (2013).
Y Li, J Liu, D Wang, and Y Dang, Electron. Mater 46 (2017) 6466.
X-J Wang, Y-Y Liu, D-H Li, B-H Feng, Z-W He, and Z Qi, Chinese Physics B 22 (2013) 066803.
D K Nguyen, H Lee, and I-T Kim, Materials 10 (2017) 476.
H Liu, L Yuan, S Wang, H Fang, Y Zhang, C Hou, and S Feng, Mater. Chem. C 4 (2016) 10529.
H Liu, L Yuan, H Qi, Y Du, S Wang, and C Hou, RSC Adv. 7 (2017) 37765.
P He, W-X Huang, J-Z Yan, M-Y Zhi, J-H Cai, and R-R Luo, Res. Bull. 46 (2011) 966.
J Zhang, J Wang, C Yang, H Jia, X Cui, S Zhao, and Y Xu, Ener. Mater. Sol. Cells 162 (2017) 134.
I Mjejri, A Rougier, and M Gaudon, Chem. 56 (2017) 1734.
X Liu, and W J Padilla, Mater. 28 (2016) 871.
M Zinzi, Energy Build. 114 (2016) 206.
E Mallmann, A Sombra, J Goes, and P Fechine, Solid State Phenomena 202 (2013) 65.
H Serier-Brault, L Thibault, M Legrain, P Deniard, X Rocquefelte, P Leone, J-L Perillon, S Le Bris, J Waku, and S Jobic, Chem. 53 (2014) 12378.
T Yoshimoto, T Goto, K Shimada, B Iwamoto, Y Nakamura, H Uchida, C A Ross, and M Inoue, Elect. Mat. 4 (2018) 1800106.
F W Aldbea, and N Ibrahim, Mater. Sci. Appl. 1 (2015) 185.
S Wemple, S Blank, J Seman, W Biolsi, Rev. B 9 (1974) 2134.
M H El Makdah, M H El-Dakdouki, R Mhanna, J Al Boukhari, and R Awad, Phys. A 127 (2021) 1.
M Kuila, U Deshpande, R Choudhary, P Rajput, D Phase, and V Raghavendra Reddy Appl. Phys. 129 (2021) 093903.
L Johnson, J Dillon Jr, J Remeika, Rev. B 1 (1970) 1935.
B Andlauer, J Schneider, and W Wettling, Phys. 10 (1976) 189.
H Liu, L Yuan, H Qi, S Wang, Y Du, Y Zhang, C Hou, and S Feng, Dyes Pigm. 145 (2017) 418.
D Wood and J Remeika, Appl. Phys. 38 (1967) 1038.
H Liu, H Qi, L Yuan, B Wang, C Hou, and S Feng, Mater. 31 (2019) 1048.
X Liu, A Staubitz, and T M Gesing, ACS Appl. Mater. Interfaces 11 (2019) 33147.
M Gaudon, P Deniard, L Voisin, G Lacombe, F Darnat, A Demourgues, J-L Perillon, and S Jobic, Dyes Pigm. 95 (2012) 344.
A Sawaby, M Selim, S Marzouk, M Mostafa, and A Hosny, Physica B: Cond. Mater. 405 (2010) 3412.
K Leon, D Mery, F Pedreschi, and J Leon, Food Res. Int. 39 (2006) 1084.
S L Levit, J Nguyen, N P Hattrup, B E Rabatin, R Stwodah, C L Vasey, M P Zeevi, M Gillard, P A D’Angelo, and K W Swana, ACS Omega 5 (2020) 7149.