一種二氧化釩納米粉體的制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化學功能材料技術領域，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)能涂層方面的應用。
【背景技術】
[0002]金紅石型二氧化釩(M/R相)材料在68°C附近發(fā)生一級可逆結構相轉變，升溫過程中從單斜結構的半導體態(tài)轉變?yōu)榫哂兴姆浇Y構的金屬相。伴隨著相變發(fā)生，材料的光學、電學，以及磁學等性質在內的物理量發(fā)生突變。以光學性質為例:低溫時(<T。)，二氧化釩材料為帶隙0.6 eV的半導體，在紅外光區(qū)具有高的透過率;高溫時(>T。)，二氧化釩轉變?yōu)槿醯慕饘伲瑢t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)能窗領域，調節(jié)攝入室內的太陽輻射熱，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，還可以將其應用于非制冷焦平面、存儲等領域。
[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還原法往往需經歷V2054...^V60i3^...—vo2(b)—vo2(m/r)的多相轉變過程，合成溫度一般在450°C以上，需要H2等還原氣氛。且由于還原反應程度不同，終產物中往往伴隨高價或低價的其它氧化釩，對產品的性能產生不利影響。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、結晶性較好的納米粉體，但水熱反應過程中設備要求高(需要較高壓力)、連續(xù)生產設備制造工藝復雜，且在物相控制和均勻摻雜等方面目前還存在一定困難。溶劑熱與水熱反應相近，所需的溶劑一般為有機物，生產過程中對環(huán)境往往會帶來一定影響，且終產物分離時需要消耗大量的有機溶劑，成本高、污染大。

【發(fā)明內容】

[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用，該制備方法選用原料廉價、制備工藝簡單，通過該制備方法所得到的納米粉體結晶性良好，粉體粒徑、形貌大范圍可調，為V02粉體材料的制備提供了一種低成本、大批量、可工業(yè)化實施的新技術。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種二氧化釩納米粉體的制備方法，1)首先，按比例取原料:四價釩鹽化合物、熔鹽、添加劑及摻雜粉體，其中，將四價釩鹽化合物、熔鹽和添加劑質量之和計為100份，其中熔鹽10 —99份，添加劑0.001 — 40份，余量為四價釩鹽化合物，以金屬的摩爾比計，摻雜粉體對應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，冷卻至室溫，所得燒結產物經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]進一步的，步驟1)中，所述四價釩鹽化合物為二氯氧釩，所述二氯氧釩先進行以下預處理:取二氯氧釩并將其溶解于去離子水中，緩慢滴加氨水調至pH呈中性，攪拌5分鐘，抽濾，所得產物放入真空干燥箱中，在100°C下干燥6小時即可。
[0010]—種采用上述制備方法所得二氧化釩納米粉體的應用，其應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、存儲領域。
[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用。與液相法、磁控濺射、化學氣相沉積等方法相比，本發(fā)明采用的熔鹽法具有設備要求低、投資少、工藝相對簡單、可大量生產等優(yōu)勢。其前驅物為四價釩鹽化合物，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，表現(xiàn)出高的可見光透過率和紅外調控能力，并具備大量生產應用的潛力，可應用于建筑節(jié)能窗、非制冷焦平面、光控開關等相關領域。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1)制備所得的二氧化釩納米粉體通過簡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節(jié)能力；
2)選用的四價釩鹽化合物等原料，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、設備要求簡單、操作控制方便，可方便實現(xiàn)大量制備；
4 )制備得到的二氧化釩納米粉體分散均勻；
5)反應過程不需要使用氫氣等還原氣氛，生產不存在爆炸等危險因素。
[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結晶，且粉體結晶質量較高；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處理條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變性質，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。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步地詳細介紹，以便更好的理解本發(fā)明技術方案。
[0015]實施例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，將四價釩鹽化合物、熔鹽以及添加劑質量之和計為100份，其中，四價釩鹽化合物:硫酸氧釩2份;熔鹽:氯化鋰48