没有足够树木覆盖的城市地区比周围环境要温暖得多。这种“城市热岛”效应主要是由于吸收阳光中的近红外（NIR）辐射造成的。因此，非常需要能够减轻这种加热效应的近红外反射颜料。

特别是，功能性无机颜料是这方面有吸引力的候选者。事实上，日本V体育的 Ryohei Oka 博士和他的同事已经证明了 A 型层状钙钛矿陶瓷化合物₂BO₄非常适合反射 NIR。在他的，发现新型钙钛矿如添加钛的钙锰氧化物（Ca₂(Mn,Ti)O₄) 陶瓷比市售黑色颜料更能反射近红外辐射。然而，Ca₂(Mn,Ti)O₄实现这一非凡的壮举仍然未知。

在一个，Oka博士和他的同事Tomokatsu Hayakawa博士分析了Ca的结构和组成₂(Mn,Ti)O₄结合标准理论和实验技术来研究导致其增强的近红外反射率的因素。该论文于 2022 年 4 月 19 日在线发布，并于 2022 年 5 月 2 日发表在该杂志第 61 卷第 17 期。

在他们的工作中，两人将 X 射线衍射 (XRD) 和拉曼光谱与称为“密度泛函理论”(DFT) 的计算方法相结合，成功提取了有关 Ca 晶体结构和电子态的缺失细节₂(Mn,Ti)O₄. “到目前为止，很少有研究对 Ca 进行拉曼光谱分析₂(Mn,Ti)O₄。此外，他们没有提供其振动模式的任何细节。然而，有关其电子状态和振动模式的信息对于理解这些钙钛矿如何成为如此出色的近红外反射器至关重要，”Oka 博士解释了他们的方法背后的动机。

两人分析了钙锰氧化物 (Ca₂二氧化锰₄）并跟踪了添加钛杂质后发生的结构变化。此外，他们还确定了钙钛矿内的化学键在引入钛杂质后如何改变。他们发现，与 Ca₂二氧化锰₄，加州₂(Mn,Ti)O₄表现出额外的拉曼峰，这可能是由于钛杂质引起的“静音模式”激活所致。然而，Ca₂二氧化锰₄ 和钙₂(Mn,Ti)O₄相同。两人将此归因于一定距离内的 Ti-Ti 相关性。

他们研究的另一个亮点是 DFT 的计算结果与实验数据之间的惊人一致性。从 Ca 的三个模型获得的能隙₂(Mn,Ti)O₄ 两人在计算中使用的值彼此一致，实验值也一致。此外，结果与 Ti 取代或其在晶体中的位置无关。此外，计算表明，添加 Ti 离子后近红外反射率的增强是由于费米能级（电子在绝对零温度下可以占据的最高能级）附近“态密度”（每单位体积每单位能量的电子态数量）降低所致。

这些发现使我们离揭示钙钛矿陶瓷的热屏蔽性能又近了一步。本研究中开发的实验和理论方法的完美结合不仅为理解A₂BO₄型陶瓷，而是一系列复杂的钙钛矿陶瓷。正如奥卡博士所说，“这种组合方法适用于各种功能化晶体陶瓷，可以通过计算获得更可靠的结构模型，以更好的方式了解它们的光学、电子和磁性特性。”

事实上，随着无机颜料作为城市建筑的高级热涂层得到更多应用，对增强的近红外反射机制的详细了解将非常有益。

使用实验和理论相结合的方法对层状钙钛矿进行结构和电子态分析。
在一项新研究中，日本V体育的研究人员结合使用实验和理论方法来了解层状钙钛矿化合物复杂固体的光学、电子和磁性特性，提供了宝贵的见解。该方法可扩展到各种功能化结晶陶瓷化合物。
图片来源：日本V体育的 Ryohei Oka

参考

原始论文标题	Ca 的拉曼光谱研究和电子态计算2(Mn,Ti)O4具有高近红外 (NIR) 反射率的黑色颜料
期刊	无机化学
DOI

关于t 助理教授 Ryohei Oka

博士。 Ryohei Oka 是日本V体育生命科学与应用化学系助理教授。 Oka 博士在色彩科学和光学领域撰写了多篇高影响力的出版物和会议演讲。他的专长在于合成、紫外-可见光谱、X 射线衍射分析和拉曼光谱等技术。他曾获得多项奖项，包括日本陶瓷协会颁发的日本陶瓷协会优秀演讲奖、日本稀土学会颁发的稀土辩论学生演讲奖和日本彩色材料协会颁发的着色材料研究演讲优秀演讲奖。

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