[發明專利]一種單斜相二氧化釩納米線及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610914695.3
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106395901B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 嵇海寧;劉東青;程海峰;張朝陽;鄭文偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙)43213
• 代理人: 楊斌

技術領域

本發明屬于無機功能材料領域，尤其涉及一種二氧化釩納米線及其制備方法和應用。

背景技術

自從1959年美國貝爾實驗室Morin第一次發現二氧化釩(VO₂)具有優良的金屬-絕緣體相變特性以來，VO₂相變前后伴隨的光學、電學和磁學性質的突變成為研究者關注的熱點。二氧化釩相變溫度在68℃左右，溫度低于68℃時，VO₂為M相單斜晶系結構，表現絕緣體的特性；溫度高于68℃時，VO₂轉變為R相金紅石結構，表現金屬特性。VO₂相變前后電阻率突變量可達4個數量級，紅外波段發射率突變量可達0.6，特別是VO₂通過摻雜能夠使相變溫度降低到室溫左右，使得其在光電開關、紅外偽裝隱身等方面均具有很重要的應用價值。

2005年，Guiton等人(參見Guiton B S,Gu Q,Prieto A L,et al.Journal of the American Chemical Society,2005,127(2):498-499.)用化學氣相沉積的方法生長出來了形貌規整的VO₂納米線。由于VO₂納米線發生相變時產生的不同相的疇結構大小與納米線的寬度相當，從而使研究者開始向一維單晶納米線的方向研究，進一步了解和探索VO₂相變的原因及其優異的性能。另外，一維材料由于其顯著的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和界面效應等特性，使得它具有一系列優異的光、電、磁和化學等性質，為微納器件的開發提供基礎。

目前，VO₂納米線的制備方法主要有物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、脈沖激光沉積法、水熱法等。其中，氣相沉積法和脈沖激光沉積法存在工藝過程復雜，設備昂貴，制備得到的產物較少，能耗比大等不足；水熱法由于操作簡單，可控性好，制得的形貌尺寸均勻、結晶度高等諸多優勢而備受關注。Wu Xingcai等(參見Wu X,Tao Y,Dong L,et al.Materials Research Bulletin,2005,40(2):315-321)采用兩步水熱法合成了VO₂納米線，首先合成了(NH₄)_0.5V₂O₅納米線先驅體，然后在真空中570℃退火得到VO₂納米線，該方法需要兩步實現，方法復雜，耗能量大；CN101830510B號中國專利文獻公開了一種金紅石相二氧化釩納米線的制備方法及應用，該方法首先配制釩離子溶液或懸濁液，經水熱反應合成，然后將水熱釜拿出放入水浴中急速冷卻，自然冷卻至室溫得到VO₂納米線，該方法雖采用一步水熱的方法，然而該方法需要急速冷卻，工藝過程復雜，且安全系數低。CN104192904A號中國專利文獻公開了一種超長二氧化釩納米線薄膜及其制備方法，利用五氧化二釩為釩源，將五氧化二釩與一定量的雙氧水和草酸混勻后放入水熱釜中，在溫度80～200℃下反應6～96h得到二氧化釩超長納米線薄膜，該方法制備得到的二氧化釩納米線分布均勻，產量高，長度可控，然而得到的產品為B相二氧化釩，不適合在光電開關、激光防護等方面應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種工藝過程簡單、成本低廉、可以實現的大規模生產的單斜相二氧化釩納米線，還相應提供其制備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種單斜相二氧化釩納米線的制備方法，包括以下步驟：

先將釩源、硬脂酸和水進行混合，然后對所得的混合液進行水熱反應，水熱反應完成后將所得的產物依次進行離心、洗滌、干燥，即得到所述單斜相二氧化釩納米線。

上述制備方法優選是通過一步水熱法合成單斜相二氧化釩納米線，且水熱反應完成后不進行急速冷卻操作。

上述的制備方法，優選的，所述釩源和硬脂酸的摩爾比為1:(1～6)；選用適量的硬脂酸，可以保證硬脂酸充分發揮還原劑和表面活性劑的作用。

上述的制備方法，優選的，所述釩源和硬脂酸的摩爾比為1:(2～4)。

上述的制備方法，優選的，所述水熱反應在反應釜中進行，反應釜的填充率為50％～80％。

上述的制備方法，優選的，所述反應釜的填充率為60％～80％；通過選擇合適的反應釜填充率保證了整個反應過程在合適的壓力中進行。