專利名稱:一種將二氧化釩由b相向摻雜m相轉(zhuǎn)變的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種將二氧化釩由B相向摻雜M相轉(zhuǎn)變的方法,屬于無機功能材料的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù):
二氧化釩(VO2)是一種典型的具有相變特性的金屬氧化物,其在68°C附近會發(fā)生低溫單斜相(M)和高溫四方金紅石相(R)的可逆相變,VO2的相變溫度是目前所知具有此種相變特性的化合物中最接近室溫的。VO2在相變前后,其電導(dǎo)率、電阻率、磁化率、光透過率和反射率等特性會發(fā)生突變,如其電導(dǎo)率在相變前后有5個數(shù)量級的突變;V02的這種相變特性使得VO2在熱敏電阻材料、光電開關(guān)材料、智能窗材料、智能控溫材料、紅外探測材料、 抗激光材料、光存儲材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
VO2的相變溫度在68°C附近,與室溫25°C還是具有一定差距,這樣導(dǎo)致其應(yīng)用受到了一定限制。研究證明,通過摻雜W、Mo、F等原子可以降低VO2的相變溫度,尤其是摻入高價的金屬W6+可顯著降低VO2的相變溫度。目前關(guān)于摻雜VO2的制備方法主要有兩大類物理方法和化學(xué)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(dǎo)氣相沉積法等。但這類方法存在較多的缺點,如設(shè)備昂貴,工藝過程復(fù)雜,制備的產(chǎn)物少,能耗比很大,不適宜于工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用?;瘜W(xué)方法主要有化學(xué)氣相沉積法、溶膠凝膠法 (Sol-Gel)、熱分解法、化學(xué)沉淀法,水熱反應(yīng)法等;在這些方法中,水熱反應(yīng)法由于過程簡單、容易控制、可以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)而備受關(guān)注。
到目前為止,關(guān)于將VO2⑶轉(zhuǎn)化為VO2 (M)的方法有兩種(1)將VO2(B)在惰性氛圍中煅燒,相關(guān)文獻和專利為=ZhangY. ; Chen C. ; Wu ff. ; Niu F. ; Liu X. ; Zhong Y. ; Cao Y. ; Liu X. ; Huang C. , Facile hydrothermal synthesis of vanadium oxides nanobelts by ethanol reduction of peroxovanadium complexes [J]. Ceramics International, 2013, 39(1): 129-141 ;Zhang Y. ; Fan M. ; Zhou M.; Huang C. ; Chen C. ; Cao Y. ; Xie, G. ; Li H. ; Liu, X. , Controlled synthesis and electrochemical properties of vanadium oxides with different nanostructures [J], Bulletin of Materials Science, 2012,35(3) : 369-376 ;黃馳,張依福,劉興海,樊美娟,一種二氧化釩及其摻雜粉體的制備方法[P]. 2012年,公布號CN102502824A ;(2)將VO2⑶經(jīng)過H2O2(30 wt%)和表面活性劑處理陳文,麥立強,徐慶,祁琰媛, 余華,朱泉曉,二氧化釩納米棒由B相向M相轉(zhuǎn)變的處理方法[P]. 2005年,公開號 CN1587065A。
而上述兩種轉(zhuǎn)化為方法過程相對復(fù)雜,成本較高,且不能得到相變溫度較低的摻雜VO2 (M)。因此,探索合適的工藝技術(shù),實現(xiàn)將VO2 (B)直接轉(zhuǎn)化為摻雜的VO2 (M),且工藝簡單,重現(xiàn)性好,可控程度高,符合環(huán)境要求的研究,具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種將二氧化釩由B相向摻雜M相轉(zhuǎn)變的方法。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案為一種將二氧化釩由B相向摻雜M相轉(zhuǎn)變的方法,包括以下步驟1)稱取V02(B)、蒸餾水和摻雜劑,并對其進行攪拌后得到渾濁液體,其中,VO2(B)的質(zhì)量占總質(zhì)量的O. Of 30%,摻雜劑的質(zhì)量占總質(zhì)量的O. Of 5%,其余為蒸餾水;2)將步驟I)所得的混濁液體轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中,于溫度22(T300°C下反應(yīng)f168 h,待反應(yīng)完成后,出料,離心,洗滌以及真空干燥,得到摻雜VO2 (M)粉體。
所述的摻雜劑為F的化合物,第三周期金屬元素的化合物,第四周期金屬元素的化合物,除銣、锝、釕外的第五周期金屬元素的化合物或第六周期金屬元素的化合物中的一種或幾種。
本發(fā)明方法利用水熱反應(yīng)法可以實現(xiàn)VO2 (B)直接向摻雜VO2(M)的轉(zhuǎn)變,目前尚未見有關(guān)本發(fā)明方法的報道。本發(fā)明提供了一條新的途徑將VO2 (B)轉(zhuǎn)化為摻雜的VO2(M),并且工藝簡單,重現(xiàn)性好,可控程度高,符合環(huán)境要求。
圖1為實施例1所得的VO2(M)的表征數(shù)據(jù)圖譜,其中,圖1 (a)為所得VO2(M)的 X-射線衍射(XRD)圖譜;圖1 (b)為所得的VO2(M)的透射電子顯微鏡(TEM)圖片。
圖2為實施例2所得的W摻雜VO2 (M)的表征數(shù)據(jù)圖譜,其中,圖2 (a)為所得的W 摻雜VO2 (M)的X-射線衍射(XRD)圖譜;圖2 (b)為所得的W摻雜VO2 (M)的電子能譜(EDS) 圖譜;圖2 (c)為所得的W摻雜VO2 (M)的透射電子顯微鏡(TEM)圖片;圖2 Cd)為所得的 W摻雜VO2 (M)的差示掃描量熱(DSC)圖譜。
圖3為實施例31所得的VO2(M)的表征數(shù)據(jù)圖譜,其中,圖3 (a)為實施例3所得 Mo摻雜VO2 (M)的X-射線衍射(XRD)圖譜;圖3 (b)為實施例4所得W摻雜VO2 (M)的X-射線衍射(XRD)圖譜;圖3 (c)為實施例5所得F摻雜VO2(M)的X-射線衍射(XRD)圖譜;圖 3 Cd)為實施例6所得Al摻雜VO2 (M)的X-射線衍射(XRD)圖譜;圖3 Ce)為實施例7所得Fe摻雜VO2 (M)的X-射線衍射(XRD)圖譜;圖3 Cf)為實施例8所得W與Fe共同摻雜 VO2 (M)的X-射線衍射(XRD)圖譜;具體實施方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
實施例1將O. 40 g VO2 (B)加入到39. 60 g蒸餾水中,再加入O. 0040 g摻雜劑鎢酸,采用磁力攪拌器攪拌O. 5 h ;將所得到的渾濁液體轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中,于300 °C條件下反應(yīng)24 h,自然降至室溫后出料,經(jīng)離心、去離子水洗滌、真空干燥即得VO2(M)與VO2(A)的混合物,如圖1所示其中圖1a是制備產(chǎn)物的XRD圖譜,說明制備的產(chǎn)物是VO2(M)與VO2(A)的混合物; 圖1b是制備產(chǎn)物的TEM圖,說明制備的產(chǎn)物為納米帶。
實施例2將O. 40 g VO2(B)加入到39.` 574 g蒸餾水中,再加入O. 026 g摻雜劑鎢酸,采用磁力攪拌器攪拌O. 5 h;將所得到的渾濁液體轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中,于280 °C條件下反應(yīng)48 h, 自然降至室溫后出料,經(jīng)離心、去離子水洗滌、真空干燥即得W摻雜的VO2(M),如圖2所示 其中圖2a是制備產(chǎn)物的XRD圖譜,說明制備的產(chǎn)物是VO2 (M);圖2b是制備產(chǎn)物的電子能譜 (EDS)圖譜,說明制備的產(chǎn)物含有V、0和W三種元素,結(jié)合XRD圖譜從而說明產(chǎn)物為W摻雜的VO2 (M)分體材料;圖2c是制備產(chǎn)物的TEM圖,說明制備的產(chǎn)物為納米帶;圖2d是制備產(chǎn)物的DSC圖,說明制備的產(chǎn)物的相變溫度在升溫過程為38°C,在降溫過程為30°C。
實施例3將12. 00 g VO2 (B)加入到26. 00 g蒸餾水中,再加入2. 00 g摻雜劑鑰酸銨,采用磁力攪拌器攪拌O. 5 h ;將所得到的渾濁液體轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中,于280 °C條件下反應(yīng)72 h, 自然降至室溫后出料,經(jīng)離心、去離子水洗滌、真空干燥即得Mo摻雜的VO2(M),圖3a是制備產(chǎn)物的XRD圖譜。
實施例4將O. 40 g VO2 (B)加入到3999. 57 g蒸餾水中,再加入O. 030 g摻雜劑鎢酸銨,采用磁力攪拌器攪拌O. 5 h ;將所得到的渾濁液體轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中,于220 °C條件下反應(yīng)168 h,自然降至室溫后出料,經(jīng)離心、去離子水洗滌、真空干燥即得W摻雜的VO 2(M),圖3b是制備產(chǎn)物的XRD圖譜。
實施例5將O. 50 g VO2 (B)加入到39. 46 g蒸餾水中,再加入O. 040 g摻雜劑氟化鈉,采用磁力攪拌器攪拌O. 5 h;將所得到的渾濁液體轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中,于300 °C條件下反應(yīng)I h, 自然降至室溫后出料,經(jīng)離心、去離子水洗滌、真空干燥即得F摻雜的VO2(M),圖3c是制備產(chǎn)物的XRD圖譜。
實施例6將O. 40 g VO2 (B)加入到39. 56 g蒸餾水中,再加入O. 040 g摻雜劑氧化鋁,采用磁力攪拌器攪拌O. 5 h ;將所得到的渾濁液體轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中,于280 °C條件下反應(yīng)72 h, 自然降至室溫后出料,經(jīng)離心、去離子水洗滌、真空干燥即得Al摻雜的VO2(M),圖3d是制備產(chǎn)物的XRD圖譜。
實施例7將O. 40 g VO2 (B)加入到39. 56 g蒸餾水中,再加入O. 040 g摻雜劑氧化鐵,采用磁力攪拌器攪拌O. 5 h ;將所得到的渾濁液體轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中,于280 °C條件下反應(yīng)96 h, 自然降至室溫后出料,經(jīng)離心、去離子水洗滌、真空干燥即得Fe摻雜VO2 (M),圖3e是制備產(chǎn)物的XRD圖譜。
實施例8 將O. 40 g VO2 (B)加入到39. 56 g蒸餾水中,再加入O. 020 g摻雜劑氧化鐵和O. 020 g摻雜劑鎢酸,采用磁力攪拌器攪拌O. 5 h;將所得到的渾濁液體轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中,于 280 °C條件下反應(yīng)96 h,自然降至室溫后出料,經(jīng)離心、去離子水洗滌、真空干燥即得Fe和鎢共同摻雜VO2 (M),圖3f是制備產(chǎn)物的XRD圖譜。
權(quán)利要求
1.一種將二氧化釩由B相向摻雜M相轉(zhuǎn)變的方法,其特征在于,包括以下步驟1)稱取V02(B)、蒸餾水和摻雜劑,并對其進行攪拌后得到渾濁液體,其中,VO2(B)的質(zhì)量占總質(zhì)量的O. Of 30%,摻雜劑的質(zhì)量占總質(zhì)量的O. Of 5%,其余為蒸餾水;2)將步驟I)所得的混濁液體轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中,于溫度22(T300°C下反應(yīng)f168 h,待反應(yīng)完成后,出料,離心,洗滌以及真空干燥,得到摻雜VO2 (M)粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將二氧化釩由B相向摻雜M相轉(zhuǎn)變的方法,其特征在于 所述的摻雜劑為F的化合物,第三周期金屬元素的化合物,第四周期金屬元素的化合物,除銣、锝、釕外的第五周期金屬元素的化合物或第六周期金屬元素的化合物中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種將二氧化釩由B相向摻雜M相轉(zhuǎn)變的方法。該方法是以水熱處理制備出摻雜的VO2(M)粉體材料,包括如下過程將VO2(B)、蒸餾水和摻雜劑混合并進行攪拌,然后將上述所得混濁液體轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中,升溫進行反應(yīng),待反應(yīng)結(jié)束后,經(jīng)過離心、洗滌、真空干燥,即得到VO2(M)摻雜粉體材料。本發(fā)明方法工藝過程簡單、環(huán)境友好、成本低廉、重現(xiàn)性好、易于控制,適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號B82Y40/00GK103043722SQ20131003546
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者黃馳, 張依福, 劉興海, 黎侯斌, 方鵬飛 申請人:武漢大學(xué)