本发明涉及一种红外辐射材料制备与应用技术领域，具体涉及一种高红外发射率材料的制备与其在微波炉上的应用。
背景技术：
红外辐射材料有低红外发射率材料、选择性红外辐射材料和高效红外辐射材料，包括tio2、sio2、zno、堇青石类、sic、过渡金属氧化物复合材料等都可以作为红外辐射材料，广泛应用于窑炉、医疗、军事等领域。
目前，微波炉逐渐朝着多功能，高品质的方向发展，考虑给消费者带来更佳的烹食效果，许多厂家选择在微波炉中内置干烧管，增添微波炉对食物的烧烤功能。为了进一步地提升微波炉中内置干烧管的烧烤效果，往往会选择在干烧管上喷涂一层高温涂料，但目前市面上采用的高温涂料多数不具备红外加热效果，干烧管上喷涂的高温涂层仅仅起到防锈的作用，其在一定程度上影响到了高烧管的烧烤效果，且易于出现涂层脱落的现象，甚至有些涂层材料表现出较强的吸波特性和危害到食品健康。为了解决这些问题，寻找一种轻质、环保型高近红外发射率材料的制备方法和将其很好地应用于干烧管上是十分必要的。因此有待进一步改进。
技术实现要素：
本发明的目的旨在提供一种轻质、环保型高近红外发射率的无机涂料及其制作方法，并将其应用于微波炉干烧管上，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种轻质环保型高近红外发射率材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一，取7～15g的球形石墨，置于1000ml的烧杯中，加入100～200ml的无水乙醇溶液，超声分散30-60min，得到溶液a备用；
步骤二，将(25.64-38.64)gmg(no3)2·6h2o与37.51-56.27gal(no3)3·9h2o，加入适量的去离子水，将溶液放置于60-80℃的水浴锅中搅拌30-60min，得到溶液b；
步骤三，将溶液a倒入溶液b中，并不断地搅拌30-60min，再将水浴温度调至为60-80℃，用氨水(25wt％)将混合溶液的ph值调至为3～4之间，搅拌30-60min，得到溶液c；
步骤四，再将适量的正硅酸乙酯缓慢地加入溶液c中，其中它们的摩尔比为n(正硅酸乙酯):n(硝酸铝)＝(4～6):2。加入正硅酸乙酯后，将水浴温度调节为80-90℃，让其搅拌30-60min，得到溶液d，在这个过程中注意适当地添加去离子水；
步骤五，在不断地搅拌的情况下，将(1～1.5mol/l)naoh溶液缓慢地滴入溶液d中，直至溶液d的ph升值5，逐渐形成湿凝胶；
步骤六，取适量的湿凝胶，将其放入陶瓷纤维匣钵中后，再将整个匣钵置于微波炉中，在真空条件下，采用(1000～2000)w微波火力加热至600-700℃并保温30～60min使得凝胶离子在球形石墨表层包覆，并初步烧成；
步骤七，将步骤6中取出的物料适当研磨后，过200目筛，将过筛后的粉末物料放入电炉中，加入至850-900℃并保温处理1-1.5h，包裹在内部的球形石墨被氧化，得到具有空腔结构的红外辐射材料，其在近红外波段的红外发射率达到了0.93；
步骤七中所述的适当研磨为将步骤6中的样品置于200目筛上对物料施加一定压力搅拌打散让其过筛。
所述的球形石墨为11g；所述的mg(no3)2·6h2o为32.14g。
轻质环保型高近红外发射率材料在微波炉干烧管上的应用，包括以下步骤，
将步骤七得到的红外辐射材料按照质量比1～1.5:1与硅溶胶进行混合喷涂在干烧管上，再将干烧管安装在微波炉上，发现其红外烧烤温度相对之前平均高出了30～50℃。
本发明相对现有技术的有益效果包括：
1、本发明的轻质、环保型高近红外发射率材料，结构独特，是一种具有空腔结构的轻质硅酸盐材料，其近红外全波段发射率可以达到0.93；本发明的轻质、环保型高近红外发射率材料尺寸为微纳米级，较易分散进溶剂中，从而利于喷涂。2、本发明采用廉价的原料，使用成本低廉的球形石墨作为包覆体，合成温度较低，能源消耗较少；球形石墨除了作为包覆体，还作为吸波升温的主要载体。3、本发明制备的高近红外发射率材料与硅溶胶混合喷涂于微波炉内置干烧管上，由于色料本身轻质的空腔结构使得喷涂的色料不易于脱落，且其提升了微波炉的红外烧烤效果，更是体现出了其在应用上的创新。4、本发明制备方法简单高效，能源消耗较少，适用于工业化生产。
附图说明
图1为一实施例中湿凝胶的制备过程示意图。
图2为湿凝胶的微波干燥及合成过程示意图。
图3为传统工艺中湿凝胶的干燥及合成过程示意图。
图4为实施例1制备的轻质、环保型高近红外发射率材料的sem图，且在相同的条件下对比了采用传统加热方式得到的物料的sem图；其中a为物料采用传统加热方式在真空条件下加热至600℃快速干燥并保温30min后的sem图，b为a图的局部放大图；其中c为采用传统加热方式将物料在空气中加热至850℃并保温1h后的物料sem图，d为c图的局部放大图；其中e为物料采用微波加热方式在真空条件下加热至600℃快速干燥并保温30min后的sem图，f为e图的局部放大图；其中g为采用传统加热方式将物料在空气中加热至850℃并保温1h后的物料sem图，h为g图的局部放大图。
图5为将实施例1制备的轻质、环保型高近红外发射率材料均匀分散于环氧树脂中，然后将其表面适当打磨后，在扫面电镜下可以清晰地观察到其内部的空腔结构。
图6为实施例制备的轻质环保型高近红外发射率材料喷涂在微波炉内置干烧管上的对比图，左图为喷涂普通涂料的干烧管，右图为喷涂该涂料的干烧管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图5
实施例一
步骤一，取9g球形石墨，置于1000ml的烧杯中，加入150ml无水乙醇溶液，超声分散30min，得到溶液a备用；
步骤二，将25.64gmg(no3)2·6h2o与37.51gal(no3)3·9h2o，加入适量的去离子水，将溶液放置于60℃的水浴锅中搅拌30min，得到溶液b；
步骤三，将溶液a倒入溶液b中，并不断地搅拌30min，再将水浴温度调至为80℃，用氨水(25wt％)将混合溶液的ph值调至3，搅拌30min，得到溶液c；
步骤四，再将适量的正硅酸乙酯缓慢地加入溶液c中，其中它们的摩尔比为n(正硅酸乙酯):n(硝酸铝)＝5:2；加入正硅酸乙酯后，将水浴温度调节为90℃，让其搅拌1h，得到溶液d，在这个过程中注意适当地添加去离子水；
步骤五，在不断地搅拌的情况下，将1mol/lnaoh溶液缓慢地滴入溶液d中，直至溶液d的ph升值5，逐渐形成湿凝胶；
步骤六，取适量的湿凝胶，将其放入陶瓷纤维匣钵中后，再将整个匣钵置于微波炉中，在真空条件下，采用2000w微波火力加热至600℃并保温30min使得凝胶离子在球形石墨表层包覆，并初步烧成；采用微波加热替代传统加热对湿凝胶进行快速地干燥和初步地烧成，很好地提高了合成材料的分散性。
步骤七，将步骤6中取出的物料适当研磨后，过200目筛，将过筛后的粉末物料放入电炉中，加入至850℃并保温处理1h，包裹在内部的球形石墨被氧化，得到具有空腔结构的红外辐射材料，其在近红外波段的红外发射率达到了0.93；
步骤七中适当的研磨指的是将步骤6中的样品置于200目筛上对物料施加一定压力搅拌打散让其过筛。其原因为微波合成后的物料本身就具有较好的分散性，所以不需要过多的研磨处理。
轻质环保型高近红外发射率材料在微波炉干烧管上的应用，包括以下步骤，
将步骤七得到的红外辐射材料按照质量比1.5:1与硅溶胶进行混合喷涂在干烧管上，再将干烧管安装在微波炉上，发现其红外烧烤温度相对之前平均高出了48℃。将其喷涂在干烧管上，由于色料本身轻质的空腔结构使得喷涂的色料不易于脱落，且其提升了微波炉的红外烧烤效果，更是体现出了其在应用上的创新。
实施例二
步骤一，取15g的球形石墨，置于1000ml的烧杯中，加入200ml的无水乙醇溶液，超声分散30min，得到溶液a备用；
步骤二，将38.64gmg(no3)2·6h2o与37.51gal(no3)3·9h2o，加入适量的去离子水，将溶液放置于60℃的水浴锅中搅拌30min，得到溶液b；
步骤三，将溶液a倒入溶液b中，并不断地搅拌30min，再将水浴温度调至为80℃，用氨水(25wt％)将混合溶液的ph值调至4，搅拌30min，得到溶液c；
步骤四，再将适量的正硅酸乙酯缓慢地加入溶液c中，其中它们的摩尔比为n(正硅酸乙酯):n(硝酸铝)＝6:2；加入正硅酸乙酯后，将水浴温度调节为90℃，让其搅拌1h，得到溶液d，在这个过程中注意适当地添加去离子水；
步骤五，在不断地搅拌的情况下，将1.5mol/lnaoh溶液缓慢地滴入溶液d中，直至溶液d的ph升值5，逐渐形成湿凝胶；
步骤六，取适量的湿凝胶，将其放入陶瓷纤维匣钵中后，再将整个匣钵置于微波炉中，在真空条件下，采用1000w微波火力加热至600℃并保温60min使得凝胶离子在球形石墨表层包覆，并初步烧成；采用微波加热替代传统加热对湿凝胶进行快速地干燥和初步地烧成，很好地提高了合成材料的分散性。
步骤七，将步骤6中取出的物料适当研磨后，过200目筛，将过筛后的粉末物料放入电炉中，加入至850℃并保温处理1h，包裹在内部的球形石墨被氧化，得到具有空腔结构的红外辐射材料，其在近红外波段的红外发射率达到了0.89；
步骤七中适当的研磨指的是将步骤6中的样品置于200目筛上对物料施加一定压力搅拌打散让其过筛。其原因为微波合成后的物料本身就具有较好的分散性，所以不需要过多的研磨处理。
轻质环保型高近红外发射率材料在微波炉干烧管上的应用，包括以下步骤，
将步骤七得到的红外辐射材料按照质量比1:1与硅溶胶进行混合喷涂在干烧管上，再将干烧管安装在微波炉上，发现其红外烧烤温度相对之前平均高出了33℃。将其喷涂在干烧管上，由于色料本身轻质的空腔结构使得喷涂的色料不易于脱落，且其提升了微波炉的红外烧烤效果，更是体现出了其在应用上的创新。
实施例三，
步骤一，取7g的球形石墨，置于1000ml的烧杯中，加入100ml无水乙醇溶液，超声分散30min，得到溶液a备用；
步骤二，将25.64gmg(no3)2·6h2o与37.51gal(no3)3·9h2o，加入适量的去离子水，将溶液放置于60℃的水浴锅中搅拌30min，得到溶液b；
步骤三，将溶液a倒入溶液b中，并不断地搅拌30min，再将水浴温度调至为80℃，用氨水(25wt％)将混合溶液的ph值调至3，搅拌30min，得到溶液c；
步骤四，再将适量的正硅酸乙酯缓慢地加入溶液c中，其中它们的摩尔比为n(正硅酸乙酯):n(硝酸铝)＝5.4:2；加入正硅酸乙酯后，将水浴温度调节为90℃，让其搅拌1h，得到溶液d，在这个过程中注意适当地添加去离子水；
步骤五，在不断地搅拌的情况下，将1.5mol/lnaoh溶液缓慢地滴入溶液d中，直至溶液d的ph升值5，逐渐形成湿凝胶；
步骤六，取适量的湿凝胶，将其放入陶瓷纤维匣钵中后，再将整个匣钵置于微波炉中，在真空条件下，采用1500w微波火力加热至600℃并保温45min使得凝胶离子在球形石墨表层包覆，并初步烧成；采用微波加热替代传统加热对湿凝胶进行快速地干燥和初步地烧成，很好地提高了合成材料的分散性。
步骤七，将步骤6中取出的物料适当研磨后，过200目筛，将过筛后的粉末物料放入电炉中，加入至850℃并保温处理1h，包裹在内部的球形石墨被氧化，得到具有空腔结构的红外辐射材料，其在近红外波段的红外发射率达到了0.90；
步骤七中适当的研磨指的是将步骤6中的样品置于200目筛上对物料施加一定压力搅拌打散让其过筛。其原因为微波合成后的物料本身就具有较好的分散性，所以不需要过多的研磨处理。
轻质环保型高近红外发射率材料在微波炉干烧管上的应用，包括以下步骤，
将步骤七得到的红外辐射材料按照质量比1.5:1与硅溶胶进行混合喷涂在干烧管上，再将干烧管安装在微波炉上，发现其红外烧烤温度相对之前平均高出了44℃。将其喷涂在干烧管上，由于色料本身轻质的空腔结构使得喷涂的色料不易于脱落，且其提升了微波炉的红外烧烤效果，更是体现出了其在应用上的创新。
本发明的轻质、环保型高近红外发射率材料具有较高的近红外发射率，同等情况下相比市面上当前使用的普通涂层其红外烧烤温度相对之前平均高出了30～50℃。
在制备工艺上采用微波加热替代传统加热对湿凝胶进行快速地干燥和初步地烧成，很好地提高了合成材料的分散性。采用巧妙的制备工艺合成了一种具有空腔结构的轻质高近红外辐射粉体材料，应用在微波炉的内置干烧管上，具有环保健康，且具有不吸收微波和不易于脱落的优良特性。
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。