[發明專利]二氧化釩智能溫控薄膜制備用有機釩源及該薄膜制備方法

有效

• 申請號: 201110342511.8
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102515563A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 黃富強;丁尚軍;劉戰強;李德增
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C03C17/23
• 分類號: C03C17/23;C04B41/50;C23C20/08;C09D1/00;C01G31/02
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及一種二氧化釩智能溫控薄膜制備用的有機釩源、及利用所述有機釩源制備二氧化釩智能溫控薄膜的制備方法，屬于功能材料和節能技術領域，具體涉及一種通過有機釩源前驅體以溶膠-凝膠法制備二氧化釩粒子組裝膜的工藝。

背景技術

隨著我國城市化進展、城鎮建設的推進，建筑能耗增長迅猛。據統計，我國建筑能耗在社會各類總能耗中所占比例已達30%，在全世界范圍內能源緊缺的情況下，建筑節能已成為世界各國共同關注的重大問題。建筑能耗首當其沖的是建筑用玻璃能耗，尤其是對于玻璃面積大的現代化建筑，例如對于玻璃面積占建筑面積達15%時，通過普通玻璃損失的熱量可高達70%。因此開發節能玻璃，尤其是智能型節能玻璃具有重大經濟、社會效益。

釩的氧化物是多價態、多晶相的復雜體系，其晶體結構多達10余種，主要包括B相、A相、M相和R相等。目前，研究最多的是具有熱致變色性能的M/R相二氧化釩（VO₂），其可以廣泛應用于智能窗戶涂層、光電開關、熱敏電阻和光信息存儲等領域。二氧化釩作為一種具有熱致相變特性的功能材料，其在一定的溫度下（本征為68℃）可發生由低溫半導體相到高溫金屬相的可逆相變，并伴隨著由近紅外透過到近紅外反射的轉變。因此涂覆VO₂薄膜的玻璃窗能夠在高溫時（夏天）阻擋紅外輻射的熱量進入室內，在低溫時（冬天）則允許室外紅外輻射熱量進入，從而可以大大減少了室內能源的消耗。

而相比于傳統的Low-E玻璃涂層，二氧化釩（VO₂）智能溫控薄膜具有成本低、易液相合成、雙向可逆調控等諸多優點。

已知，復合薄膜的制備常采用沉積法，參見J.?Nag,?R.F.?Haglund,?Synthesis?of?vanadium?dioxide?thin?films?and?nanoparticles,?Journal?of?Physics-Condensed?Matter,?20?(2008)?264016及吳自勤，王兵，薄膜生長，2001，科學出版社，北京，其公開了化學氣相沉積（CVD）、溶膠凝膠（sol-gel）、濺射（spputering）、脈沖激光沉積（PLD）等。采用不同的制備方法在不同的襯底上所制備的VO₂薄膜的微觀結構及其光學、電學、磁學特性都有較大差別。其中濺射法一般以純度很高的V（V₂O₅或V₂O₄）為靶材，用O₂－Ar－H₂或O₂－N₂（O₂，Ar）等離子體濺射，然后在惰性氣氛中退火形成VO₂薄膜。襯底可用C－Si片、SiO₂/Si、藍寶石單晶等材料，加熱溫度一般在250－550℃。其襯底溫度、氣體分壓及退火工藝是影響所制備VO₂薄膜性能的主要因素。氣相沉積法是利用氣態物質在氣相或氣固界面上發生化學反應，生成固態沉積物的過程來制備分布均勻的VO₂薄膜。其沉積速率受基片與蒸發源間的距離、蒸發源的溫度以及系統填充氣N₂的分壓等影響。脈沖激光沉積法是將脈沖激光器所產生的高功率脈沖光束聚焦于靶材表面，產生高溫高壓等離子體，等離子體定向局域膨脹發射，并在襯底上沉積而形成薄膜的過程。溶膠-凝膠法制備VO₂薄膜可分為兩大類：V₂O₅水淬溶膠法和有機鹽溶膠法。水淬溶膠法將V₂O₅在加熱爐中完全熔融，然后將其倒入蒸餾水中制成溶膠和凝膠，再涂敷在不同的襯底上獲得干膠膜，最后退火處理即獲得VO₂薄膜。有機鹽溶膠-凝膠法早期是將異丙基氧化釩溶于有機溶劑中，配制成溶膠，再涂敷在襯底上進行退火處理。溶膠-凝膠法具有操作簡單、成本低廉、易于獲得大面積薄膜等優點。

水淬溶膠法和有機鹽溶膠凝膠法相比，其中水淬溶膠法在操作過程中存在較大的危險性，同時毒性較大；而有機釩源的合成復雜困難，成本偏高，同時其在涂膜過程中需要干燥無水環境。因此合成一種制備簡單、易于操作的有機釩源對于簡化溶膠-凝膠工藝是至關重要。