[發(fā)明專利]一種液相法直接合成M相二氧化釩納米顆粒的方法

有效

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• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN102616849A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 齊濟;牛晨
• 申請（專利權）人: 大連民族學院
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅

技術領域

本發(fā)明屬于功能無機材料制備技術領域，特別涉及一種納米級M相二氧化釩溫度敏感相變納米材料的低成本快速制備方法。

背景技術

M相二氧化釩(VO₂)是一種相變型金屬氧化物，在溫度T_c＝68℃時發(fā)生可逆的晶相轉變(由M相單斜晶體結構轉變?yōu)镽相金紅石結構)，同時其電阻率和紅外光透過率隨之發(fā)生突變，因此在自動調節(jié)溫度的智能窗、紅外探測儀、激光防護層等領域得到廣泛應用。但VO₂具有B相、M相、R相和A相等多種晶相結構，它們屬于同素異構體，其中只有M相VO₂具有溫敏相變功能。同時該相變性能的突變率與其顆粒大小密切相關。如何低成本制備純M相VO₂納米顆粒一直是制約VO₂應用的一個關鍵因素。目前制備M相VO₂的方法有熱分解法、化學沉淀法、溶膠-凝膠法和激光誘導氣相沉積法等。對比發(fā)現(xiàn)，目前的方法要么工藝過程復雜，制備成本高；要么制備出的M相VO₂粒度較大，通常在微米水平。針對這些問題，本發(fā)明提出一種實用的制備技術，在液相條件下直接合成M相VO₂，其粒度在50nm-500nm之間；其原料易得、工藝路線簡單，反應條件溫和、能耗低，具有工業(yè)化應用的價值。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種在液相條件下、低成本制備具有相變性能的M相二氧化釩納米材料的方法，通過該方法可制備M相二氧化釩納米顆粒，從而滿足國內外市場和高科技領域特殊需求。

本發(fā)明的技術方案是，以五氧化二釩和偏釩酸鹽中的一種或兩種的混合物為原料，將其倒入蒸餾水中，在常壓下進行磁力攪拌加熱，得到恒溫釩懸濁液，向其中緩慢滴加配置好的還原劑，恒溫反應得到一種反應的前體物質；將該前體物質離心沉淀，與蒸餾水混合后轉入到帶有聚四氟乙烯內襯的反應鋼釜中，通過控制反應溫度、反應時間、反應釜填充率、以及物質濃度等來控制產物相純度和顆粒大小，經高溫高壓水熱反應后即得藍黑色的M相二氧化釩納米顆粒，經離心沉淀、洗滌和恒溫干燥便得到所需產品。制備方法的工藝流程如下：

步驟1.將五氧化二釩和偏釩酸鹽的一種或兩種的混合物作為原料與蒸餾水混合，制備每10mL水溶液中含2～5mmol釩的水溶液，在60～100℃、450～1100r/min的磁力攪拌器上加熱混合，攪拌時間在10～30分鐘，使其達到顆粒均勻的恒溫釩懸濁液；保持溫度不變，按摩爾比原料V∶還原劑為1∶1～4的比例將還原劑滴加到混合均勻的恒溫釩懸濁液中，繼續(xù)攪拌反應1～6小時，反應過程中使用適量的常用無機酸調節(jié)pH值保持在1～3的范圍內；對反應產物進行離心分離得到沉淀，為反應前體物質；

所述還原劑為C₄以下的醇、酸和肼類化合物中的一種或兩種以上混合物組成；

步驟2.將步驟1制得的前體物質與步驟1中使用的等體積的蒸餾水混合轉入帶有聚四氟乙烯內襯的反應鋼釜中，然后進行水熱反應；水熱反應條件為：反應溫度220～260℃、反應時間24～72h、反應釜填充率60～80％；

步驟3.將步驟2反應的產物在室溫下進行冷卻，得到的產物經過8000～12000rad/min、10～15min離心分離，沉淀分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌2～4次，再于100℃以下干燥12h以上，后得到純M相藍黑色的二氧化釩超細納米粉體。

本發(fā)明反應時必須嚴格控制加料順序、加熱溫度和磁力攪拌的時間：將制備好的還原劑溶液緩慢滴加到混合均勻的恒溫釩懸濁液中，加熱溫度在(60～100℃)之間變化，磁力攪拌時間控制在(1～6h)的范圍內。更重要的是要嚴格控制水熱反應條件：反應溫度220～260℃、反應時間24～72h、反應釜填充率60～80％。

本發(fā)明的特點和益處是，整個制備過程均在液相條件下進行，沒有固相高溫加熱步驟，屬于低碳型技術。更重要的是，使得M相二氧化釩的生成條件更加溫和、容易控制，產物粒度均在納米水平。本發(fā)明在制造成本、產品性能和環(huán)境友好等方面都展現(xiàn)出顯著的競爭優(yōu)勢和利潤空間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所制得產物的XRD分析譜圖。