[發(fā)明專利]一種光譜局域修飾的熱色納米復(fù)合粉體及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103978203A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐剛;肖秀娣;柴冠麒;張華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F9/24
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域及材料領(lǐng)域中的熱致變色功能性復(fù)合納米粉體及其制備方法。

技術(shù)背景

在我國，建筑能耗占社會總能耗的30％左右，其中采暖和空調(diào)的能耗占建筑能耗的55％。在現(xiàn)代建筑中，玻璃占外墻的面積比例越來越大，據(jù)測算通過玻璃窗進行的熱傳遞在冬夏季節(jié)分別占48％和71％。若采用空調(diào)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，制冷溫度提高2度，制冷負荷減少約20％；制熱溫度調(diào)低2度，制熱負荷減少約30％，通過在玻璃上貼隔熱膜或涂布隔熱涂層可大幅減少能耗。

二氧化釩是可以發(fā)生可逆相變的材料，在相變前后，其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著的變化。當(dāng)溫度高于相變溫度時，二氧化釩為金屬態(tài)的R相，可以阻擋太陽中的紅外線，當(dāng)溫度低于相變溫度時，二氧化釩為半導(dǎo)體態(tài)的M相，可以讓太陽光無遮擋通過。因此，利用二氧化釩的溫度開關(guān)效應(yīng)，可以制備完全智能的節(jié)能窗口系統(tǒng)。

目前，制備熱致變色智能窗玻璃主要有兩種，一種是采用磁控濺射制備VO₂薄膜，另一種是采用化學(xué)合成VO₂納米粉體，再將粉體制成涂料，涂敷于玻璃表面或透明塑料上，得到具有節(jié)能效果的玻璃或貼膜。光學(xué)計算(J.Appl.Phys.,2010,108,063525)表明，若能將二氧化釩納米粉體分散于其他透明基質(zhì)，可在保留二氧化釩光學(xué)調(diào)控性能的基礎(chǔ)上，提高可見光透過率至實用水平，該方法所制備的薄膜，方法簡單，便于規(guī)?；?，不但可以對現(xiàn)有玻璃窗進行節(jié)能改造，還可以涂覆于不同襯底上，擴大二氧化釩薄膜的應(yīng)用性。然而，由于二氧化釩在可見光區(qū)的吸收比較大，呈現(xiàn)土黃色，不易被人們所接收，因此，改善二氧化釩在使用過程中的顏色具有重要的實用價值。對于濺射沉積的薄膜，專利CN101269918B公開了利用多層膜結(jié)構(gòu)設(shè)計，改善二氧化釩薄膜的反射和透射光譜的方法，但是由于多層膜的設(shè)計是全光譜的修飾，在改善可見光區(qū)光譜的同時也會對其它波段產(chǎn)生影響，且工序復(fù)雜，會極大的提高薄膜的成本。專利CN101205120BG公開了貴金屬納米粒子對濺射沉積的二氧化釩薄膜的光譜局域修飾特性，利用貴金屬在可見至紅外波段的局域等離子共振吸收峰，可以對光譜進行局域修飾而不影響其它光譜區(qū)的特性。然而，對于由二氧化釩粉體形成的薄膜光譜的修飾，至今仍是一片空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過對二氧化釩納米粉體表面進行局域光譜修飾，從實現(xiàn)對二氧化釩粉體形成的薄膜光譜的局域修飾，以此達到改善薄膜的透射色和反射色的目的。

采用二氧化釩粉體與其它透明基質(zhì)復(fù)合制備薄膜的方法，具有成本低，易于大規(guī)?；奶攸c，不僅可以用于原有玻璃窗的節(jié)能化改造，并且可以涂敷于不同襯底上，擴大了二氧化釩的應(yīng)用性。但是由于二氧化釩的本征吸收和高的折射率，導(dǎo)致二氧化釩的涂層在可見光區(qū)域的透過率比較低，涂層顏色呈土黃色，不受大眾歡迎，因此，改善二氧化釩的可見光透過率和涂層的反射色，具有很重要的應(yīng)用價值。本發(fā)明核心創(chuàng)新點是利用貴金屬改性智能二氧化釩復(fù)合粉體，同時通過形成的核殼結(jié)構(gòu)對提高二氧化釩粉體的穩(wěn)定性和抗氧化性也具有很好的效果。

本發(fā)明提供一種光譜局域修飾的熱色納米復(fù)合粉體，由VO₂層、貴金屬層、透明氧化物層組成的核殼結(jié)構(gòu)，其中VO₂層作為核層，貴金屬層與透明氧化物層分別位于第二層或者第三層,優(yōu)選為透明氧化物為第三層。

所述的VO₂層為M/R相的二氧化釩納米粉體，其三維尺寸中最小的尺寸不超過100nm，優(yōu)選為三個維度上尺寸不大于100nm，其形狀可為近球形，橢圓形，薄片狀，方塊狀，多邊形，圓柱形等，相變溫度在-20-70oC可調(diào)，優(yōu)選為25-60oC可調(diào)。

所述的貴金屬層選自金，銀，銅中的一種，貴金屬層的厚度不大于50nm，考慮到貴金屬層對可見光的調(diào)節(jié)效果，進一步的優(yōu)選為不大于20nm。

所述的透明氧化物層選自氧化鈦，氧化硅，氧化鋁，氧化鈰，氧化錫，氧化鋅，氧化鋯，氧化鈮，氧化鉭，氧化鉿，氧化鈧，氧化銦，氧化釔中的一種。氧化物層的厚度小于1um，優(yōu)選為不大于100nm。

本發(fā)明還提供上述光譜局域修飾的熱色復(fù)合納米粉體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將二氧化釩粉體分散于含有分散助劑的分散介質(zhì)中，得到混合物A；

(2)在所述的混合物A中加入含有貴金屬離子的溶液以及還原劑，攪拌后，反應(yīng)得到包裹了貴金屬的二氧化釩納米粉體；

(3)把包裹了貴金屬的二氧化釩納米粉體加入含有分散助劑的分散介質(zhì)中，得到混合物B；