Strukturelle und im sichtbaren Infrarotbereich sichtbare optische Eigenschaften von Cr-dotiertem TiO2 für farbige kühle Pigmente

Hintergrund

TiO₂ ist ein wichtiges kühles Pigment, das aufgrund seines hohen Reflexionsvermögens für sichtbares Licht (VIS) und Nahinfrarot (NIR) (> 85%) weit verbreitet in energieeffizienten Gebäuden verwendet wird [1, 2]. Da das Sonnenlicht im sichtbaren Licht und im Nahinfrarot-Wellenband die wichtigste Rolle bei der Wärmeerzeugung spielt [3, 4], werden wärmereflektierende Lacke aus TiO₂ . hergestellt Pigmente können offensichtlich den Wärmestau in Gebäuden verringern. Dadurch sinkt der Energieverbrauch für die Klimatisierung um mehr als 20 % [4]. Aufgrund der hohen VIS-Reflexion von TiO₂ Pigment ist die resultierende weiße Farbe sehr hell und für das menschliche Auge unangenehm. Dies führt auch zu einer schlechten Ästhetik, einer geringen Fleckenbeständigkeit und einer kurzen Lebensdauer [5, 6]. Um diese Beschränkungen zu überwinden, wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, um ein neues nicht-weißes kühles Pigment mit geringer Helligkeit und niedrigem VIS-Reflexionsgrad zu entwickeln, während der hohe NIR-Reflexionsgrad beibehalten wird. Es ist jedoch schwierig, das VIS- und das NIR-Reflexionsspektrum gleichzeitig angemessen zu steuern.

Elementare Dotierung ist eine effektive VIS-Spektralkontrollmethode, die in vielen Bereichen weit verbreitet ist, einschließlich Photokatalyse, Photolumineszenz und Keramikpigmente [7,8,9]. Bei Oxidpigmenten sind die dotierten Ionen hilfreich bei der Bildung von Verunreinigungsniveaus, der Verringerung der Bandlücke und der Erhöhung der Fähigkeit, niederenergetische Photonen zu absorbieren, wie z. B. die diffusen Reflexionsspektren des dotierten TiO₂ die mit verbesserter sichtbarer Absorption signifikant zu längeren Wellenlängen verschoben werden können [10,11,12]. Daher kann es verwendet werden, um verschiedene Farbpigmente herzustellen, wie Orange (Dotierung des Cr-Elements), Tan (Mn), Gelb (Ni) und Grau (V) [9, 10].

Zusätzlich zur Verbesserung der Absorption von sichtbarem Licht beeinflussen dotierte Ionen die Konzentrationen der freien Träger weiter. Da die Absorption freier Träger der wichtigste Photonenabsorptionsmechanismus im NIR-Bereich ist, kann das NIR-Reflexionsvermögen von Oxidpigmenten durch Kontrolle der Konzentrationen freier Träger verbessert werden. Darüber hinaus ist die NIR-Reflexion auch mit dem TiO₂ . verbunden Eigenschaften des Wirtsmaterials, wie Kristallstruktur, Partikelmorphologie und Größe. Angesichts der unterschiedlichen Mechanismen, die die VIS- und NIR-Reflexion beeinflussen, wurde dotiertes TiO₂ Pigmente sollten mit dunkler Farbe und hoher NIR-Reflexion hergestellt werden können. Dies würde gleichzeitig dem Bedürfnis nach Energieeinsparungen und einer ansprechenden Farbpalette gerecht werden.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Anwendbarkeit von Cr-dotiertem TiO₂ . zu untersuchen als farbiges kühles Pigment. Mehrere Proben mit unterschiedlichen Cr-dotierten Konzentrationen und Sintertemperaturen wurden über eine Festkörperreaktionsmethode synthetisiert. Die Einflüsse auf kristalline Phase, Morphologie, chemische Komponenten, Farbe und das VIS-NIR-Reflexionsspektrum wurden systematisch untersucht.

Experimentell

Synthese von Ti_1 − x Cr _x O₂ Pigment

In einem typischen Festkörperreaktionsprozess von Ti_1 − x Cr _x O₂ Proben, stöchiometrische Handelsqualität Rohstoffe von TiO₂ (99,9 %) und Cr₂ O₃ (99,9 %) wurden mit einer Planetenkugelmühle 4 h lang bei 450 U/min in Ethanol gemahlen. Achatgefäß und Kugeln wurden verwendet. Das Gewicht der gemischten Pulverprobe betrug 50 g und das Verhältnis von Kugelgewicht zu Probengewicht betrug 10:1. Restliches Ethanol wurde durch Verdampfungstrocknung bei etwa 80 °C entfernt. Die gemahlenen Pulver wurden dann bei einer Temperatur von 800–1000 °C für 4 h in Luftatmosphäre mit einer Heizrate von 5 °C/min kalziniert. Die resultierenden Pigmentpulver wurden in Achatmörser gemahlen.

Charakterisierung

Die Proben wurden durch Röntgenbeugung (D2 PHASER mit CuKa-Strahlung, Bruker) und Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (QUANTA 250, FEI) charakterisiert. Die Gitterkonstanten wurden aus den XRD-Mustern unter Verwendung des MDI Jade-Softwarepakets berechnet. Röntgenphotoelektronenspektroskopie mit Al Kα-Röntgen (hν =1486,6 eV) Strahlung bei 150 W (Thermo Scientific Escalab 250Xi, USA) wurde verwendet, um die Oberflächeneigenschaften zu untersuchen. Die Verschiebung der Bindungsenergie aufgrund der relativen Oberflächenladung wurde mit dem C 1s-Niveau bei 284,8 eV als internem Standard korrigiert. Das UV-VIS-NIR-Reflexionsspektrum (250-2500 nm) wurde mit einem UV-VIS-NIR-Spektrophotometer (Lambda 750, Perkin-Elmer) gemessen. Die CIE LAB-Farbdaten (L ^* , a ^* , und b ^* ) wurden aus dem Reflexionsspektrum des sichtbaren Lichts mit der Software Color CIE (Perkin-Elmer, CIE D65-Fotoquelle und 10° Beobachtungswinkel; der berechnete Spektrumsbereich war 400–700 nm) berechnet. Und die Bandlücke E _g der Pulverproben wurde über die folgende Gleichung [13, 14] extrahiert:

wo F (R ) ist die Kubelka-Munk-Funktion, R ist die diffuse Reflexion, hν ist die Photonenenergie und C ist die Proportionalitätskonstante.

Ergebnis und Diskussion

Phasenstruktur der Stichproben

Die XRD-Muster von Ti_1 − x Cr _x O₂ Pulver mit verschiedenen Cr-dotierten Konzentrationen, die bei verschiedenen Sintertemperaturen von 800 °C bis 1000 °C erhalten wurden, sind in Abb. 1 dargestellt. Die bei 800 °C kalzinierten Proben haben nur Beugungspeaks der Anatas-Phase (JCPDS, File No. 21- 1272). Spuren der Beugungspeaks der Rutilphase (JCPDS, File No. 21-1276) können gefunden werden, bis die Dotierungskonzentration x . erreicht = 0,0375.

a –c XRD-Muster von Ti_1 − x Cr _x O₂ Produkte, die bei unterschiedlichen Sintertemperaturen und Dotierungskonzentrationen hergestellt wurden (die Sintertemperatur beträgt a :800°C; b :900°C; c :1000°C;)

Wenn die Sintertemperatur 900 °C beträgt (Abb. 1b), wird das undotierte TiO₂ Probe (x = 0) hat nur eine Anatas-Kristallstruktur. Es begann sich in die Rutilphase als Cr ³⁺ . zu verwandeln Ionen werden in das TiO₂ . dotiert Matrix. Darüber hinaus nimmt die Rutilphase mit steigendem Cr ³⁺ . kontinuierlich zu Konzentration. Mit dem fortgesetzten Anstieg der Sintertemperatur auf 1000 °C (XRD-Daten; Abb. 1c) gibt es sowohl die Anatas- als auch die Rutil-Phase von TiO₂ im undotierten Produkt. Allerdings werden die Anatas-Peaks in Ti_{1 − x . nicht erkannt} Cr _x O₂ Produkte. Dies zeigt, dass die Cr ³⁺ Ionen beschleunigen die Kristallphasenumwandlung von Anatas zu Rutil und die Phasenübergangstemperatur kann um etwa 100 °C gesenkt werden. Dies liegt daran, dass die Valenz(III)-Kationen, wenn sie in das Titandioxidgitter diffundieren, einen Ladungskompensationsprozess zur Bildung von Sauerstoffleerstellen bereitstellen, die den Transport von Atomen verbessern und den Phasenübergang von Anatas zu Rutil beschleunigen [15, 16].

Das Ti_1 − x Cr_x O₂ Produkte, die bei 800 ~ 1000 °C kalziniert wurden, weisen keine Chromoxid-Beugungspeaks im XRD auf, was darauf hindeutet, dass die Cr-Dotierstoffe auf dem TiO₂ . gut dispergiert sind Matrix. Außerdem ist die Gitterkonstante von Ti_1 − x Cr _x O₂ Produkte wird auch durch die Konzentration von Cr ³⁺ . beeinflusst Verunreinigungen (Tabelle 1). Obwohl Cr ³⁺ hat eine etwas größere Größe (75,5 pm) als Ti ⁴⁺ (74.5 pm), die Gitterkonstante von Ti_1 − x Cr _x O₂ Produkte nimmt mit steigendem Cr ³⁺ . ab Konzentration unabhängig von der Anatas- oder Rutilstruktur. Dies könnte an der Sauerstoffleerstelle liegen, die entsteht, wenn Ti–O bricht und Cr ³⁺ ersetzt das Ti ⁴⁺ Gitterplätze [17]. Höheres Cr ³⁺ Konzentrationen führen zu mehr Sauerstoffleerstellen. Ein Sauerstoffmangel könnte die Zahl der Ti-O- oder Cr-O-Bindungen verringern, was zu einer Kontraktion des O-Ti-O- oder O-Cr-O-Bindungswinkels führt [17]. Auf der anderen Seite einige Cr ³⁺ wird allmählich zu dem kleineren Cr ⁴⁺ . oxidiert (55 Uhr) während des Hochtemperatur-Sinterprozesses. Das Gesamtergebnis ist ein Zusammendrücken des Gitters und eine Verringerung der Werte der Gitterkonstanten.

Beispielmorphologie

Abbildung 2 zeigt REM-Bilder von undotiertem TiO₂ und Ti_1 − x Cr _x O₂ Produkte, die bei unterschiedlichen Sintertemperaturen und Cr-Konzentrationen hergestellt wurden. Die Morphologie von undotiertem TiO₂ Bei 800 °C gesinterte Proben sind nahezu kugelförmig und die durchschnittliche Partikelgröße beträgt weniger als 100 nm. Morphologie und Partikelgröße ändern sich beim Dotieren geringer Konzentrationen von Cr ³⁺ . nicht (x = 0,00625). Wenn jedoch die Dotierungskonzentration von Cr ³⁺ ist zu hoch (x = 0,0375), dann würde die Partikelgröße leicht zunehmen und die Morphologie wird ungleichmäßig.

REM-Aufnahmen von undotiertem TiO₂ und Ti_1 − x Cr _x O₂ Pulver:a undotiertes TiO₂ , 800 °C; b x = 0,00625, 800 °C; c x = 0,0375, 800 °C; d undotiertes TiO₂ , 1000 °C; e x = 0,00625, 1000 °C; und f x = 0,0375, 1000 °C

Wenn die Temperatur auf 1000 °C ansteigt, werden in den undotierten Proben (Abb. 2d) aufgrund der Koexistenz von Anatas- und Rutil-Strukturen gleichzeitig fast kugelförmige und fast kubische Partikel beobachtet. Die Partikelmorphologie ändert sich nach dem Cr ³⁺ . in die längliche Säulenform Dotierstoff hinzugefügt wird. Das Seitenverhältnis nimmt jedoch ab und die Partikelgröße nimmt mit steigendem Dotierstoffgehalt zu. Bei hohen Dotierungskonzentrationen besteht die Tendenz, wieder zu einem kugelförmigen Partikel zurückzukehren. Wenn die Dopingmenge auf x increases ansteigt =0,0375 relativ zur undotierten Probe erhöht sich die durchschnittliche Partikelgröße von 300 nm auf 2 μm.

XPS-Analyse

Das XPS-Spektrum von Cr-dotiertem TiO₂ Pulver zeigt Cr, Ti und O. Die Ti 2p XPS-Spektren sind in Abb. 3a dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass es zwei Hauptpeaks in der Nähe von 458,9 bis 458,3 eV und 464,2 bis 464,1 eV gibt. Die Positionen der Hauptpeaks repräsentieren das Ti 2p_1/2 und Ti 2p_3/2 Orbit, was darauf hinweist, dass das Ti-Element hauptsächlich als chemischer Zustand von Ti ⁴⁺ . existiert [11].

XPS-Spektren der a Ti-2p , b Cr-2p , und c O-1s Pegel in Ti_1 − x Cr _x O₂ Proben (x = 0,00625)

Abbildung 3-b zeigt, dass alle Proben zwei ausgeprägte Cr-2p . aufweisen XPS-Peaks mit Bindungsenergien von 577 eV und 586,4 eV, die mit den Werten von Cr ³⁺ . übereinstimmen im TiO₂ Gitter [18]. Die anderen Peaks liegen bei 580,6 eV und 591 eV und werden Cr ⁴⁺ . zugeschrieben Ionen [18]. Inzwischen sind die Flächenverhältnisse des Cr ⁴⁺ Peak bei 580,6 eV steigt von 29,6 % auf 35,8 % mit Glühtemperaturen, die von 800 °C auf 1000 °C ansteigen. Vierwertiges Cr ⁴⁺ Es wurde berichtet, dass es sich über eine Ladungskompensationsreaktion bildet, die durch die Verdampfung von Cr ausgelöst wird [18]. Der relative Gehalt an Cr ⁴⁺ steigt mit steigender Glühtemperatur, da die Verdampfung bei einer hohen Temperatur verstärkt werden könnte.

Die XPS-Spektren von O 1s sind in Abb. 3c dargestellt. Bei der bei 800 °C gesinterten Probe umfassen die O 1s-Peaks zwei überlappende Peaks, die auf das Vorhandensein verschiedener Sauerstoffarten auf der Probenoberfläche hinweisen. Der niedrigere Bindungsenergiepeak bei 529,8 eV wird dem Gittersauerstoff (O_α ) [19]. Der andere überlappende Peak bei einer Bindungsenergie von 530,8 wird oberflächenadsorbiertem Sauerstoff (O_β ). Insbesondere wird ein neuer überlappender Peak bei 532,3 eV aufgrund des Oberflächensauerstoffs von Hydroxyl oder absorbiertem Wasser (O_γ ) als die Glühtemperatur von 800 auf 1000 °C anstieg [19]. Darüber hinaus tendiert die Bindungsenergie der O 1s-Peaks dazu, sich mit steigender Annealing-Temperatur leicht in Richtung einer niedrigeren Bindungsenergie (ungefähr 0,2 eV) zu verschieben. Diese Rotverschiebung stimmt mit der Umwandlung von Cr ³⁺ . überein in Cr ⁴⁺ [20, 21].

Die optische Eigenschaft der Proben

Abbildung 4 zeigt die kolorimetrischen Werte von Ti_1 − x Cr _x O₂ Pigmente mit unterschiedlichen Sintertemperaturen und Dotierungskonzentrationen. Bei den bei 800 °C erhaltenen Proben ist die Helligkeitsschwankung (L ^* ) ist mit zunehmendem Dotierstoffgehalt vernachlässigbar. Inzwischen ist die rote Komponente (a ^* ) und gelbe Komponente (b ^* ) mit zunehmender Konzentration des Cr ³⁺ . zuerst steigen und dann sinken Verunreinigung. Dadurch änderte sich die Farbe der Anatas-Pigmente von der ursprünglichen weißen Farbe in eine bräunlich-gelbe Farbe.

Farbe (CIE L ^* a ^* b ^* ) von Ti_1 − x Cr _x O₂ Pigmente mit verschiedenen Sintertemperaturen und Cr-Konzentrationen

Wenn die Sintertemperatur auf 1000 °C ansteigt, werden die Schwankungen von L ^* und b ^* sind ausgeprägter. Wenn der Cr-Dotierstoffgehalt von x . ansteigt = 0 bis 0,0375, der Wert von L ^* und b ^* sinkt um 43,9 bzw. 1,9. Die Änderung in a ^* ist nicht dasselbe wie bei Anatas-Proben, die mit steigender Cr-Konzentration monoton ansteigen. Im Rutil Ti_1 − x Cr _x O₂ Pigmenten veränderte sich die Farbe merklich von blassgelb zu schwarzbraun und die sichtbare Helligkeit wurde signifikant gehemmt. Somit kann das Cr-Dotierungsmittel die Farbe von Rutil-Pigmenten effektiv modulieren, jedoch gibt es bei den Anatas-Proben nur eine geringe Änderung. Der unterschiedliche Einfluss der Cr-Dotierung auf die Farbeigenschaften wird durch die Unterschiede im Reflexionsspektrum des sichtbaren Lichts verursacht. Ein niedrigeres sichtbares Reflexionsvermögen führt zu mehr absorbierten Photonen und einer tieferen Farbe.

Abbildung 5 zeigt die diffusen UV-VIS-NIR-Reflexionsspektren von undotiertem TiO₂ und Ti_1 − x Cr _x O₂ Produkte mit unterschiedlichen Sintertemperaturen und Cr-Konzentrationen. Abbildung 6 zeigt die durchschnittliche spektrale Reflektivität von Proben im VIS-Bereich (0,4–0,8 μm) bzw. NIR (0,8–2,5 μm). Die Absorptionspeaks bei 1384, 1926 und 2210 nm sind in den Spektrenkurven auf die Testausrüstung und die Halterung zurückzuführen. Die Abbildungen 5 und 6 zeigen, dass das undotierte TiO₂ Proben, ob Anatas oder Rutil, haben ein extrem hohes spektrales Reflexionsvermögen in ihrem nahen Infrarot-Wellenband (~ 90%). Wenn die Kristallphase von Anatas zu Rutil übergeht, beträgt ihr sichtbares Reflexionsvermögen immer noch mehr als 80%, obwohl die VIS-Absorption leicht zugenommen hat.

Die UV-VIS-NIR-Diffusreflexionsspektren und E _g von Ti_1 − x Cr _x O₂ Proben mit unterschiedlichen Sintertemperaturen und Cr-Konzentrationen (a , c die Rohdaten; b , d Kubelka-Munk-transformierte Reflexionsspektren)

Einfluss der Cr-Konzentration auf die durchschnittliche spektrale Reflektivität von Ti_1 − x Cr _x O₂ Proben (VIS, 0,4–0,8 μm; NIR, 0,8–2,5 μm)

Für den Cr-dotierten Anatas TiO₂ Probe können einige zusätzliche Absorptionspeaks bei der Aushärtung durch Reflexion durch sichtbares Licht nachgewiesen werden. Der VIS-Absorptionspeak bei ~710 nm hängt mit dem d-d-Elektronenübergang von Cr ³⁺ . zusammen im oktaedrischen Kristallfeld von TiO₂ [22], die den ⁴ . zugeordnet werden könnten A₂ (F) →  ² E elektronischer Spin erlaubte Übergänge von Cr ³⁺ [17]. Bei höherem Cr ³⁺ Konzentrationen gibt es eine stärkere Intensitätsabsorption im VIS-Wellenbereich. Somit sinkt die durchschnittliche VIS-Reflexion von 90,3% (x = 0) bis 68,2% (x = 0,0375). Obwohl die VIS-Reflexionsvermögensspektren etwas gehemmt sind, können die Proben ein hohes Reflexionsvermögen im nahen Infrarot-Wellenband (~ 90 %) beibehalten.

Wenn die Sintertemperatur auf 1000 °C ansteigt, wird die Rutilphase TiO₂ werden schließlich durch die Anatas-Phase TiO₂ . umgewandelt in den Cr-dotierten Produkten gemäß den XRD-Daten. Abbildung 5c zeigt zwei neue Absorptionsschultern bei 450 und 600 nm im Rutil-TiO₂ Proben. Insbesondere im nahen Infrarotspektrum (etwa 1150 ~ 1500 nm) trat eine starke und breite Absorptionsbande auf. Dies wird den ³ . zugeschrieben A₂ →  ³ T₁ elektrische Dipol-erlaubte Übergänge von Cr ⁴⁺ in der tetraedrischen Koordination [23, 24]. Die Absorptionsintensität nimmt mit steigender Dotierstoffkonzentration allmählich zu.

Außerdem ist die Absorptionskante des Rutils Ti_1 − x Cr _x O₂ Samples hat eine offensichtliche Rotverschiebung. Es gibt jedoch keine signifikante Änderung der Absorptionskante der Anatas-Proben. Die diffusen Reflexionsspektren der Proben nach Kubelka-Munk-Behandlung sind in Abb. 5b, d dargestellt. Der Schnittpunkt zwischen der linearen Anpassung und der Photonenenergieachse ergibt den Wert zB . Die Beziehung der Bandlückenenergie zur Absorptionskante (E _g = 1240/λ _g ) legt nahe, dass die Rotverschiebung der Absorptionskante eine Abnahme der Bandlücke anzeigt. Abbildung 5b zeigt, dass der Dotierungsprozess den Wert von E . nicht wesentlich verändern würde _g für die Anatas-Proben. Dadurch werden nur 0,021 eV hinzugefügt, wenn der Cr-Gehalt auf x . ansteigt = 0,0375. Im Gegensatz dazu ist das E _g Wert von Rutil Ti_1 − x Cr _x O₂ Proben nahmen mit steigender Dotierungskonzentration stark ab. Die Bandlücke verringert sich auf 1,56 eV, wenn die Dotierungskonzentration x . beträgt = 0,0375.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Einfluss von Cr-Dotierstoffen auf die spektrale Charakteristik von TiO₂ hängt maßgeblich von der Kristallstruktur des Wirtsmaterials ab. Nach Einführung des Cr-Dotierungsmittels in das Anatas-TiO₂ Probe erscheinen nur einige charakteristische Absorptionspeaks im sichtbaren Lichtwellenband aufgrund der Bildung eines Störstellenenergieniveaus, während die Bandlücke und das NIR-Reflexionsvermögen nicht wesentlich beeinflusst werden. Somit ist die Nahinfrarotreflexion von Anatas Ti_{1  – x} Cr _x O₂ Pigmente bleiben bei 90%. In Rutil-TiO₂ , jedoch führt der Dotierungsprozess zu starken charakteristischen Absorptionspeaks sowohl im VIS- als auch im NIR-Bereich. Darüber hinaus verringert sich die Bandlücke E _g , führt zu einer verbesserten Fähigkeit, Photonen mit niedrigerer Energie zu absorbieren. Die durchschnittliche VIS- und NIR-Reflexion des Rutils Ti_1 − x Cr _x O₂ Probe nimmt um 60,2 bzw. 58 % ab, wenn der Cr-Gehalt von x . ansteigt = 0 bis 0,0375.

Schlussfolgerungen

Wir schließen daraus, dass die kristalline Phase, Morphologie und optischen Eigenschaften von Ti_1 − x Cr _x O₂ Pigmente werden offensichtlich von der Sintertemperatur und der Cr-dotierten Konzentration beeinflusst. Die Aufnahme von Cr ³⁺ kann den Übergang von der Anatas-Phase zur Rutil-Phase beschleunigen und das Kristallgitter komprimieren, was zu einer Abnahme der Phasenübergangstemperatur um 100 °C führt. Die dotierten Ionen beeinflussen selten die Morphologie von Anatas-Proben, erhöhen jedoch stark die Partikelgröße und Morphologie der Rutil-Proben. Dadurch ändert sich die Morphologie der Rutilpartikel von säulenförmig zu nahezu kugelförmig bei hohen Dotierungskonzentrationen.

Darüber hinaus haben die Dotierungsionen und die kristalline Struktur einen wichtigen Einfluss auf die Energielücke und die optischen Eigenschaften von Ti_1 − x Cr _x O₂ Pigmente. Cr ³⁺ wird allmählich zu Cr ⁴⁺ . oxidiert beim Hochtemperatursintern und das Cr ⁴⁺ Der Gehalt wird mit steigender Sintertemperatur größer. Das generierte Cr ⁴⁺ Ionen führen zu einer starken NIR-Absorptionsbande für Rutilproben aufgrund des ³ A₂ →  ³ T₁ elektrische Dipol-erlaubte Übergänge von Cr ⁴⁺ . Darüber hinaus nahmen die Bandlückenwerte der Rutil-Proben allmählich ab, und ihre Absorptionskanten zeigten mit zunehmender Dotierungskonzentration eine deutliche Rotverschiebung. Dies verbesserte die Fähigkeit, Photonen mit niedrigerer Energie zu absorbieren, stark. Somit ändert sich die sichtbare Farbe zu schwarzbraun, wenn der Cr-Gehalt von x . ansteigt = 0 bis 0,0375. Die durchschnittliche VIS- und NIR-Reflexion des Rutils Ti_1 − x Cr _x O₂ Stichprobenreduzierung um 60,2 bzw. 58 %.

Umgekehrt weisen die Anatas-Proben nur einige charakteristische Absorptionspeaks auf, die aufgrund der Bildung des Verunreinigungsenergieniveaus von Cr ³⁺ . im VIS-Wellenband erscheinen . Die Bandlücke und das NIR-Reflexionsvermögen werden jedoch nicht wesentlich beeinflusst. Somit ist Cr-dotiertes Anatas TiO₂ Pigment mit einer bräunlich-gelben Farbe und 90% Nahinfrarot-Reflexion wurden durch dieses Verfahren erhalten.

Abkürzungen

a ^* :

die CIE-Rotkomponente

b ^* :

die CIE-Gelbkomponente

L ^* :

die CIE-Leuchtkraft

NIR:

Nahes Infrarot

UV:

Ultraviolett

VIS:

Sichtbares Licht