一種二氧化釩納米粉體的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化釩納米粉體的制備方法及其在制作建筑玻璃節(jié)能涂層方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]金紅石型二氧化釩(M/R相)材料在68°C附近發(fā)生一級(jí)可逆結(jié)構(gòu)相轉(zhuǎn)變，升溫過程中從單斜結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴姆浇Y(jié)構(gòu)的金屬相。伴隨著相變發(fā)生，材料的光學(xué)、電學(xué)，以及磁學(xué)等性質(zhì)在內(nèi)的物理量發(fā)生突變。以光學(xué)性質(zhì)為例:低溫時(shí)(<T。)，二氧化釩材料為帶隙0.6 eV的半導(dǎo)體，在紅外光區(qū)具有高的透過率;高溫時(shí)(>T。)，二氧化釩轉(zhuǎn)變?yōu)槿醯慕饘伲瑢?duì)紅外光具有高的反射和吸收，使得二氧化釩薄膜的近紅外光透過率有很大的下降。因此，可將V02用于建筑節(jié)能窗領(lǐng)域，調(diào)節(jié)攝入室內(nèi)的太陽輻射熱，可獲得冬暖夏涼的高效節(jié)能效果。此外，利用V02材料的溫度誘發(fā)的巨大電阻變化現(xiàn)象，還可以將其應(yīng)用于非制冷焦平面、存儲(chǔ)等領(lǐng)域。
[0003]目前V02粉體的制備方法主要有V205還原法、水熱法、溶劑熱法等。其中V205還原法往往需經(jīng)歷V2054...^V60i3^...—vo2(b)—vo2(m/r)的多相轉(zhuǎn)變過程，合成溫度一般在450°C以上，需要H2等還原氣氛。且由于還原反應(yīng)程度不同，終產(chǎn)物中往往伴隨高價(jià)或低價(jià)的其它氧化釩，對(duì)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利影響。水熱法是近年來開發(fā)出的一種V02粉體低溫合成工藝，可制備分散性、結(jié)晶性較好的納米粉體，但水熱反應(yīng)過程中設(shè)備要求高(需要較高壓力)、連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備制造工藝復(fù)雜，且在物相控制和均勻摻雜等方面目前還存在一定困難。溶劑熱與水熱反應(yīng)相近，所需的溶劑一般為有機(jī)物，生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境往往會(huì)帶來一定影響，且終產(chǎn)物分離時(shí)需要消耗大量的有機(jī)溶劑，成本高、污染大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決二氧化釩粉體制備成本較高、工藝復(fù)雜、可控性差等問題，提供一種二氧化釩納米粉體的制備方法及應(yīng)用，該制備方法選用原料廉價(jià)、制備工藝簡(jiǎn)單，通過該制備方法所得到的納米粉體結(jié)晶性良好，粉體粒徑、形貌大范圍可調(diào)，為V02粉體材料的制備提供了一種低成本、大批量、可工業(yè)化實(shí)施的新技術(shù)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種二氧化釩納米粉體的制備方法，1)首先，按比例取原料:四價(jià)釩鹽化合物、熔鹽、添加劑及摻雜粉體，其中，將四價(jià)釩鹽化合物、熔鹽和添加劑質(zhì)量之和計(jì)為100份，其中熔鹽10 —99份，添加劑0.001 — 40份，余量為四價(jià)釩鹽化合物，以金屬的摩爾比計(jì)，摻雜粉體對(duì)應(yīng)的金屬為金屬釩摩爾量的0 — 50%; 2)然后，將步驟1)中各原料粉末混勻后，在N2SAr氛圍下升溫至350 — 900°C，保溫0-24小時(shí)，冷卻至室溫，所得燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)去離子水或無水乙醇洗滌，烘干即得。
[0006]具體的，步驟1)中，所述四價(jià)釩鹽化合物為二氯氧釩、硫酸氧釩、乙酰丙酮氧釩或氫氧氧釩。所述熔鹽為金屬氯化物、金屬硝酸鹽、金屬磷酸鹽和金屬氫氧化物中的一種或多種。所述添加劑為氨水、雙氧水、乙二醇、甘油、油胺、十六烷基三甲基溴化銨、四丙基溴化銨和聚乙烯醇中的一種或多種。
[0007]具體的，步驟1)中，所述摻雜粉體為氯化鎂、氯化銻、氧化銻、氯化錫、氧化鈮、氯化鈮、氧化錫、氧化錫銻、鎢酸、鎢酸鈉、鎢酸鉀、六氯化鎢、鎢酸銨中的一種或者多種。
進(jìn)一步的，所述金屬氯化物為氯化鈉、氯化鐵、氯化鋁、氯化鉀、氯化鋰和氯化銻中的一種或多種;金屬硝酸鹽為硝酸鈉、硝酸鉀和硝酸鋰中的一種或多種;金屬磷酸鹽為磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸鈉和焦磷酸鈉中的一種或多種；金屬氫氧化物為NaOH或Κ0Η或NaOH、Κ0Η組合。
[0008]進(jìn)一步的，步驟2)中，在N2SAr氛圍下優(yōu)選升溫至380 — 600°C，在該溫度條件下制備所得二氧化釩納米粉體粒度較小、分散性較優(yōu)。
[0009]進(jìn)一步的，步驟1)中，所述四價(jià)釩鹽化合物為二氯氧釩，所述二氯氧釩先進(jìn)行以下預(yù)處理:取二氯氧釩并將其溶解于去離子水中，緩慢滴加氨水調(diào)至pH呈中性，攪拌5分鐘，抽濾，所得產(chǎn)物放入真空干燥箱中，在100°C下干燥6小時(shí)即可。
[0010]—種采用上述制備方法所得二氧化釩納米粉體的應(yīng)用，其應(yīng)用于制作建筑玻璃節(jié)能涂層、非制冷焦平面或者光控開關(guān)、存儲(chǔ)領(lǐng)域。
[0011 ]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明公開的一種二氧化釩納米粉體的制備方法及應(yīng)用。與液相法、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積等方法相比，本發(fā)明采用的熔鹽法具有設(shè)備要求低、投資少、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、可大量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。其前驅(qū)物為四價(jià)釩鹽化合物，低毒且熱處理過程易控制。該方法制備所得的二氧化釩粉體粒徑、形貌可調(diào)，表現(xiàn)出高的可見光透過率和紅外調(diào)控能力，并具備大量生產(chǎn)應(yīng)用的潛力，可應(yīng)用于建筑節(jié)能窗、非制冷焦平面、光控開關(guān)等相關(guān)領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)制備所得的二氧化釩納米粉體通過簡(jiǎn)單的鍍膜工藝得到的二氧化釩薄膜具有較高的可見光透過率和紅外智能調(diào)節(jié)能力；
2)選用的四價(jià)釩鹽化合物等原料，低毒、有利于操作人員的健康；
3)選用熔鹽法制備工藝，制備流程所需原料比較廉價(jià)、設(shè)備要求簡(jiǎn)單、操作控制方便，可方便實(shí)現(xiàn)大量制備；
4 )制備得到的二氧化釩納米粉體分散均勻；
5)反應(yīng)過程不需要使用氫氣等還原氣氛，生產(chǎn)不存在爆炸等危險(xiǎn)因素。
[0012]【附圖說明】:
圖1為采用本發(fā)明制備方法制備的vo2納米粉體的透射電鏡照片；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備所得二氧化釩納米粉體的XRD圖譜；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備所得二氧化釩納米粉體的XRD圖譜；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備所得二氧化釩納米粉體的SEM圖譜；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備所得二氧化釩納米粉體的SEM圖譜；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例1制備的二氧化釩納米粉體分散于聚氨酯材料所得的涂膜在20°C及90°C條件下的透過率變化曲線。
[0013]其中，由圖1可知，本發(fā)明制備的V02納米粉體顆粒較為均勻，且分散性較好；由圖2和3可看出，所得粉體均為純的金紅石Μ相V02結(jié)晶，且粉體結(jié)晶質(zhì)量較高；由圖4和5可看出，低溫條件下制備的V02粉體均勻性較好，且一次粒徑較小，為30-80nm之間，分散性較好;而600°C處理?xiàng)l件下的粉體以棒狀或片狀形貌為主，粒子尺寸較大;從圖6中可以看到制備的粉體具有明顯的相轉(zhuǎn)變性質(zhì)，在加熱過程中近紅外光(如1100 nm處)的透過率顯著下降。因此可將該材料用于制作建筑玻璃節(jié)能涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳細(xì)介紹，以便更好的理解本發(fā)明技術(shù)方案。
[0015]實(shí)施例1:一種二氧化釩納米粉體的制備方法，該方法采用硫酸氧釩原料制備V02納米粉體，具體包括如下步驟:1)取原料:四價(jià)銀鹽化合物:硫酸氧銀，恪鹽:氯化鋰、氯化鉀以及氯化銻，添加劑:氨水及雙氧水，摻雜粉體:氯化鎂，將四價(jià)釩鹽化合物、熔鹽以及添加劑質(zhì)量之和計(jì)為100份，其中，四價(jià)釩鹽化合物:硫酸氧釩2份;熔鹽:氯化鋰48