[發(fā)明專利]一種五氧化二釩穩(wěn)定性溶膠的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510570858.6
• 申請(qǐng)日: 2015-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN105110372A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李垚;趙九蓬;豆書亮;王藝;侯雪梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G31/02
• 分類號(hào): C01G31/02
• 代理公司: 北京君恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11466
• 代理人: 黃啟行;張璐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備高度穩(wěn)定的五氧化二釩溶膠的方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于能源的需求越來(lái)越大，開發(fā)新型節(jié)能技術(shù)，生產(chǎn)制備新型節(jié)能材料已經(jīng)成為材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)。基于釩系氧化物的儲(chǔ)能節(jié)能材料由于自身優(yōu)異的性能日益受到廣泛關(guān)注。利用基于五氧化二釩薄膜的電致變色智能窗、基于VO₂薄膜的熱致變色智能窗，能夠有效地調(diào)節(jié)太陽(yáng)輻射光譜，進(jìn)而能夠智能地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，減少由于空調(diào)制冷和暖氣供暖而消耗的能源，達(dá)到節(jié)能目的。在眾多制備基于釩氧化合物的薄膜的方法中，溶膠-凝膠法被認(rèn)為是最有工業(yè)化前景的方法。在釩氧化合物節(jié)能薄膜的制備中，溶膠-凝膠法由于制備工藝簡(jiǎn)單，成本低、制備過(guò)程可控，易摻雜，且能夠與玻璃制備技術(shù)相結(jié)合等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為變色智能窗研究中的一種重要方法，其中五氧化二釩溶膠是溶膠凝膠方法制備五氧化二釩和VO₂薄膜的一種通用前驅(qū)體溶膠。

傳統(tǒng)制備五氧化二釩溶膠的方法分為水淬法和金屬醇鹽法。水淬法是以五氧化二釩為前驅(qū)體，將五氧化二釩粉末加熱到800℃以上，使五氧化二釩熔融，然后將其迅速倒入冷水中，液態(tài)的五氧化二釩急速冷卻，與水反應(yīng)，生成五氧化二釩溶膠粒子。該方法是制備五氧化二釩溶膠常用的方法。然而在水冷過(guò)程中五氧化二釩溶膠粒子的形核和長(zhǎng)大這兩個(gè)過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的，得到的溶膠粒子處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，水冷后快速團(tuán)聚，容易得到大粒徑的團(tuán)聚粒子，對(duì)后續(xù)的成膜工藝產(chǎn)生不良影響。一般通過(guò)攪拌可以使團(tuán)聚的溶膠粒子分散，但這種分散并不穩(wěn)定，陽(yáng)光照射或者溫度升高均能使溶膠發(fā)生不可逆的凝膠化過(guò)程，從而使溶膠失效。這已經(jīng)成為溶膠-凝膠法制備釩氧化合物薄膜的致命性缺點(diǎn)。金屬醇鹽法是以含釩化合物為原料，通過(guò)加入相應(yīng)的反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，液相生成含有五價(jià)釩的溶液，通過(guò)調(diào)節(jié)分散體系的pH值，獲得合適的五價(jià)釩溶膠。然而該方法獲得溶膠質(zhì)量不高，工藝復(fù)雜，周期長(zhǎng)，對(duì)原材料的純度要求高，進(jìn)而導(dǎo)致了成本高，且該方法得到的溶膠只能在數(shù)天內(nèi)保持穩(wěn)定是。而且，上述兩種方法制備的溶膠均需在低溫下保存，否則將發(fā)生不可逆的凝膠化，這無(wú)疑增加了儲(chǔ)存成本，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

已公開的文獻(xiàn)中對(duì)五氧化二釩溶膠的穩(wěn)定性關(guān)注不高。大多數(shù)文獻(xiàn)僅僅是采用水淬法獲得溶膠，對(duì)溶膠的后期處理并沒有報(bào)道。例如，劉東青在其碩士論文《二氧化釩薄膜制備及其熱致變色特性研究》中對(duì)水淬法制五氧化二釩溶膠做了詳細(xì)的研究，但其并未對(duì)是否改善了溶膠穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

本方法通過(guò)在粉末五氧化二釩熔融急冷入冷水形成溶膠后，在溶膠中加入表面活性劑，使溶膠粒子中VO₂⁺與表面活性劑分子長(zhǎng)鏈交聯(lián)，從而延緩、阻止五氧化二釩溶膠粒子團(tuán)聚和凝膠化。采用Zeta電位儀對(duì)加入表面活性劑的五氧化二釩溶膠進(jìn)行電位測(cè)試發(fā)現(xiàn)，這種方法顯著改善了水淬法獲得的五氧化二釩溶膠的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有水淬法制備的五氧化二釩溶膠穩(wěn)定性差的問(wèn)題，提供了一種制備高度穩(wěn)定的五氧化二釩溶膠的方法。

本發(fā)明在第一方面提供了一種制備五氧化二釩穩(wěn)定性溶膠的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：(1)獲得五氧化二釩原始溶膠；和(2)向所述五氧化二釩原始溶膠加入有機(jī)改性劑并攪拌，從而獲得所述五氧化二釩穩(wěn)定性溶膠。

本發(fā)明在第二方面提供了由本發(fā)明第一方面所述的方法制得的五氧化二釩穩(wěn)定性溶膠。

本發(fā)明在第三方面提供了本發(fā)明第一方面所述方法制得的五氧化二釩穩(wěn)定性溶膠或本發(fā)明第二方面所述的五氧化二釩穩(wěn)定性溶膠在制備儲(chǔ)能或節(jié)能材料中的應(yīng)用。

本發(fā)明所述方法是對(duì)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)淬火法的改進(jìn)，例如在粉末五氧化二釩熔融急冷入冷水形成溶膠后，在溶膠中加入改性穩(wěn)定劑，使溶膠粒子中VO₂⁺與表面活性劑分子長(zhǎng)鏈交聯(lián)，從而延緩、阻止五氧化二釩溶膠粒子團(tuán)聚和凝膠化。本發(fā)明制備的五氧化二釩溶膠具有高度的穩(wěn)定性，對(duì)光和溫度不敏感，能夠保持例如一年以上的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、而且無(wú)需進(jìn)行低溫儲(chǔ)藏。除此之外，本發(fā)明所述方法還能夠在五氧化二釩溶膠中進(jìn)行摻雜，而且沒有一般溶膠摻雜后易發(fā)生不可逆的凝膠化過(guò)程。本發(fā)明顯著提高了五氧化二釩溶膠的穩(wěn)定性，減少了五氧化二釩溶膠的儲(chǔ)存成本，有利于特殊功能的釩類薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1得到溶膠與原始溶膠一個(gè)月內(nèi)對(duì)比的Zeta電位圖。

具體實(shí)施方式