[發(fā)明專利]一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710453398.8
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN109133170B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 紀(jì)士東;陳云翔;金平實;李榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02;C01G9/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體及其制備方法，所述粉體包括金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核和包覆所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核的致密的層狀無定型鋅氧化合物外殼。該核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體中，無定型鋅氧化合物均勻包覆在二氧化釩納米粉體表面，形成致密的殼層，可提高金紅石相二氧化釩的分散性與穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體及其制備方法以及這種包覆粉體在節(jié)能環(huán)保材料領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明可以應(yīng)用于建筑玻璃窗涂層和貼膜等，實現(xiàn)建筑光熱自動調(diào)控效果，屬于節(jié)能環(huán)保新材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為世界各國廣泛關(guān)注的問題。據(jù)統(tǒng)計，建筑能耗占據(jù)了社會總能耗的三分之一以上，其中用來調(diào)控和維持室內(nèi)溫度的空調(diào)占據(jù)了較大部分。而玻璃窗作為建筑與外界進行能量交換的主要通道，資料表明，建筑能耗的50％是通過玻璃窗進行的。高效地調(diào)節(jié)這部分的能量交換將能夠極大地降低建筑能耗，節(jié)能窗的概念應(yīng)運而生。通過研制新型節(jié)能窗，根據(jù)季節(jié)和人類需求進行調(diào)節(jié)，可以極大地降低建筑能耗，能在節(jié)能環(huán)保的同時，提升居住的舒適度。

目前，市場銷售的節(jié)能窗均屬于低發(fā)射率(Low-E)范疇，其特點是具有較高的可見光透過率和較低的遠紅外發(fā)射率。Low-E節(jié)能窗可以分為兩種類型。一種是太陽控制型(Solar-Control)，能對太陽光中的近紅外部分進行高反射，適用于夏熱冬暖地區(qū)；另一種是低輻射型(Low-Emittance)，能對太陽光中的近紅外部分進行高透射，而對室內(nèi)物體的輻射進行高反射，起到保溫效果，適用于夏涼冬冷地區(qū)。而對于大多數(shù)冬冷夏熱的四季分明的地區(qū)，Low-E節(jié)能窗不能隨環(huán)境變化實現(xiàn)冬夏雙向調(diào)節(jié)，因此要靠動態(tài)光譜調(diào)節(jié)的新型智能窗來解決這一問題。根據(jù)材料的變色原理不同，可以分為熱致變色、電致變色和氣致變色等。

電致變色需要施加電壓，而氣致變色需要通入氫氣，二者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也更高，無法應(yīng)用于現(xiàn)實生產(chǎn)生活當(dāng)中。而熱致變色材料可以根據(jù)環(huán)境溫度變化，實現(xiàn)對太陽能輻射的透射、反射自動調(diào)節(jié)。在眾多熱致變色材料當(dāng)中，二氧化釩因其相變所引起的光學(xué)變化明顯，同時相變溫度最接近室溫而被認為是目前最適合制備智能節(jié)能窗的熱致變色材料。

二氧化釩的這種特殊性能表現(xiàn)在半導(dǎo)體-金屬相變過程中，即在低于相變溫度68℃的半導(dǎo)體態(tài)對紅外輻射的高透過性，高于相變溫度的金屬態(tài)對紅外輻射的高反射性。二氧化釩做成的貼膜貼在玻璃窗上，在保證采光的同時，能自動調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)溫度，無需任何人工能源，被認為是最低碳環(huán)保的節(jié)能玻璃材料之一。

二氧化釩熱致變色材料的主要制備方法分為物理法和化學(xué)法。其中物理法包括磁控濺射法、普通反應(yīng)蒸發(fā)、離化反應(yīng)蒸發(fā)、粒子束反應(yīng)蒸發(fā)、溶膠-凝膠(sol-gel)、無機sol-gel、激光剝離以及液相沉積法等。化學(xué)法是近些年發(fā)展起來的新技術(shù)即采用化學(xué)法先合成M相二氧化釩納米粉體，再將納米粉體與透明有機樹脂混合制備成節(jié)能貼膜或者是直接涂覆在玻璃表面制成節(jié)能玻璃。這種制膜方法具有制備簡單、價格低廉、易于大規(guī)模生產(chǎn)以及能對現(xiàn)有玻璃窗進行節(jié)能改造等優(yōu)點，在近些年來得到了廣泛的發(fā)展。

但是，目前使用二氧化釩作為智能節(jié)能窗涂料尚存在一些技術(shù)問題。首先，二氧化釩納米粉體為黑色粉末狀，將其作為玻璃貼膜或者涂料涂敷在玻璃上之后玻璃整體呈棕黃色，這樣不僅會影響可見光的透過率，同時也影響玻璃的外觀。造成這種結(jié)果的主要原因是二氧化釩納米粉體在制成漿料時未能徹底分散，造成粉體顆粒間的團聚；其次，化合價可為1～5之間的釩在通常環(huán)境下的穩(wěn)定價態(tài)是5價，而金紅石相二氧化釩中的釩處于中間亞價態(tài)的4價，在空氣或特別是含水分的大氣環(huán)境中極易劣化，逐漸轉(zhuǎn)化為高價態(tài)的五氧化二釩，進而失去熱致變色性能。實驗表明，將金紅石相的二氧化釩納米粉體涂料制成的節(jié)能窗放置在普通開放環(huán)境中，少則數(shù)日多則數(shù)月，溫控調(diào)節(jié)性能便逐漸降低甚至完全失去。同時五氧化二釩是一種有毒物質(zhì)，氧化的結(jié)果不但導(dǎo)致相變性能的劣化與消失，更會對環(huán)境和安全造成問題，這對于二氧化釩智能節(jié)能窗的推廣應(yīng)用是非常不利的。因此，提高二氧化釩粉體的分散性及穩(wěn)定性，提升二氧化釩智能節(jié)能窗的可見光透過率，防止二氧化釩在服役期間失效，延長使用壽命具有重大意義。