[發明專利]一種摻雜三氧化二釩粉粉體材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210197657.2
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102674457A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 劉興海;樊美娟;張依福;黃馳;黎厚斌
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

技術領域

本發明涉及到一種摻雜三氧化二釩粉粉體材料的制備方法，屬于無機功能材料領域。

背景技術

三氧化二釩晶體(V₂O₃)大約在160K呈現“金屬—絕緣體相變”，即(MIT)現象。V₂O₃有兩個與溫度相關的相變點，在約160K發生低溫反鐵磁絕緣相(AFI)到高溫順磁金屬相(PM)的一級相變，電阻率變化呈負溫度系數電阻(NTC)特性，即電阻值隨溫度的升高而減低。在約550K的溫度處發生低溫順磁金屬相(PM)到高溫順磁絕緣相(PI)的二級相變，相變時電阻率變化呈正溫度系數電阻(PTC)特性即隨溫度的升高而升高。伴隨著相變的發生，除電阻率發生變化外，V₂O₃晶體的磁化率、光透射率和反射率等物理性能也產生突變。這些物理性質的突變表現得非常優異，尤其是單晶V₂O₃在低溫一級相變時電阻率突變甚至達7個數量級。通過摻雜得到的摻雜三氧化二釩可有效改變其相轉變溫度，更有利于拓展其應用范圍。因此，摻雜V₂O₃在光電開關、PTC材料、溫度傳感器和電流整流器等方面有著廣泛的應用。

目前關于摻雜V₂O₃的制備方法主要有兩大類：物理方法和化學方法。物理方法主要有：脈沖激光沉積法、物理氣相沉積法、磁控濺射法、激光誘導氣相沉積法等。但這類方法存在較多的缺點，如設備昂貴，工藝過程復雜，制備的產物少，能耗比很大，不適宜于工業生產與應用。化學方法主要有：化學氣相沉積法、溶膠凝膠法（Sol-Gel）、熱分解法、化學沉淀法，水熱反應法等；在這些方法中，其中水熱反應法由于過程簡單，容易控制，可以適應大規模的生產而備受關注。而目前采取的水熱法制備摻雜V₂O₃還存在一些缺點：制備成本高，污染環境，摻雜原子不能有效地摻雜到V₂O₃晶體中，不適宜工業大規模生產等。另外，利用廉價的偏釩酸銨為初始原料，經過草酸處理轉化為配合物，再經過還原劑水熱處理得到VO₂，然后煅燒轉化生成V₂O₃，這種方法目前還未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種制備摻雜V₂O₃粉體材料的方法，該方法工藝過程簡單、產品質量好、成本低廉、環境友好、易于控制，可以實現大規模工業生產。

本發明的技術方案是：

一種摻雜三氧化二釩粉粉體的制備方法，包括以下步驟：

（1）將偏釩酸銨、蒸餾水、草酸和摻雜劑混合，形成溶液，其中草酸與偏釩酸銨的摩爾比在0.5～8.0之間；

（2）將步驟（1）的所得溶液轉移入聚四氟乙烯水熱釜中，在150～280℃下進行水熱反應3～168h，然后經出料、離心、洗滌以及干燥，得粉體材料；

（3）將步驟（2）得到的粉體材料，在惰性氣氛中550～1000℃煅燒1～12h，即得到摻雜三氧化二釩粉體材料。

本發明方法中，摻雜劑選用Cu、Cr、Al、Ba、Ca、Ti、Hf、Zr、Cd、Fe、Co、Ni或Re中一種或幾種的可溶性鹽。

上述步驟（1）中草酸與偏釩酸銨的物質的摩爾比優選為1.5～4.5。

上述步驟（2）中水熱反應溫度范圍優選180～240℃；水熱反應時間優選12～96h。

上述步驟（3）中惰性氣氛為高純氬氣（99.999%）或高純氮氣（99.999%），煅燒溫度優選650～850℃，煅燒時間優選3～8h。

按本發明方法制備的摻雜三氧化二釩的結構為：(V_1-xM_x)₂O₃，其中M為摻雜元素，即Cu、Cr、Al、Ba、Ca、Ti、Zr、Cd、Fe、Co、Ni或Re中的一種或兩種以上的混合物，0≤x≤0.1。

與現有技術相比較，本發明方法的優點是：

(1)能夠實現低成本制備摻雜V₂O₃粉體材料；

(2)原料簡單，綠色環保；

(3)工藝過程簡單、產品質量好、易于控制，可以實現大規模工業生產。

附圖說明