[发明专利]快速制备单斜相VO2的方法

说明书

技术领域

本发明涉及单斜相和四方金红石相二氧化钒粉体的制备，尤其是涉及一种快速制备单斜相VO₂的方法。

背景技术

钒氧化合物是一类非常重要的具有智能特性的材料，环境温度的变化会引起材料的晶体结构、电畴结构、磁结构的变化，从而导致光学特性上的较大变化。尤其是二氧化钒(VO₂)更是受到人们特别的关注。

单斜相VO₂(简称为VO₂(M))和四方金红石相VO₂(简称为VO₂(R))粉体，可以通过相变导致其对外界，如太阳光红外线部分，进行智能调控而实现智能节能。单晶VO₂的金属-绝缘体相变温度是68℃。在这个温度下，VO₂的晶体结构会从高温下四方相金红石结构(金属性质)向低温下单斜相(绝缘体性质)转变，晶体结构的转变伴随着光、电性能的突变。从高温下的四方相到低温下的单斜相，VO₂的红外透过率急剧升高，而直流电阻系数发生5个量级以上的突变。

VO₂的这种金属-绝缘体相变的特殊性质使其在光电转换材料、光存储、激光保护和视窗太阳能控制等方面有着潜在的应用。VO₂是一种典型的对外界红外线进行感知和调控的材料，单斜相(低温相)具有红外透过的功能，而四方相(高温相)具有阻隔红外线的特性，可以用于智能房屋温度的自动调节。因此，二氧化钒材料作为一种能对外界环境变化产生响应的新型智能材料，具有极其广阔的智能节能应用前景。随着人们对其变色规律的进一步认识，特别是通过将变色稳定性和温度敏感度进一步提高，必将大大拓宽其应用领域与应用方式，产生显著的社会效益和经济效益。

到目前为止，具有智能节能性能的二氧化钒粉体(VO₂(M)和VO₂(R)相)制备比较通用的方法为在通氢气或者惰性气氛的气相沉积设备下长时间退火来实现(＞12小时)。这种方法需要昂贵的成本同时很难控制其中的钒的价态，很难得到VO₂的纯相。这使得单斜相和四方金红石相二氧化钒(VO₂(M)和VO₂(R))粉体的制备成本大大提高，很难实现规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备单斜相VO₂的方法。

本发明提供的一种制备单斜相VO₂的方法，包括如下步骤：将亚稳相含钒反应物在惰性气氛中进行反应，冷却后得到所述单斜相VO₂；

所述反应步骤中，温度为200-500℃，时间为1分钟-12小时。

上述方法的反应步骤中，温度优选为400-450℃，更优选450℃，时间优选为1分钟-4小时，更优选1分钟-30分钟，尤其优选1分钟；所述惰性气氛为氮气和/或氩气气氛；所述亚稳相含钒反应物选自亚稳相二氧化钒(简写为VO₂(B))、A相VO₂(简写为VO₂(A))、次铁钒矿(简写为VO₂(P)或VO₂(paramontroseite))和VO₂.H₂O中的至少一种。该反应为退火反应，所用退火装置可以是本领域中常用的分段式管式炉或普通气相沉积炉。

本发明提供的制备掺杂有金属元素的单斜相VO₂的方法，包括如下步骤：将掺杂有金属元素的亚稳相含钒反应物在惰性气氛中进行反应，冷却后得到所述掺杂金属元素的单斜相VO₂；

所述金属元素选自Mn、Ti、Cr、Mo和W中的至少一种；

所述反应步骤中，温度为200-500℃，时间为1分钟-12小时。

上述方法的反应步骤中，温度优选为400-450℃，更优选450℃，时间优选为1分钟-4小时，更优选1分钟；反应压力为常压；所述惰性气氛为氮气和/或氩气气氛；所述亚稳相含钒反应物选自亚稳相二氧化钒、A相VO₂、次铁钒矿和VO₂.H₂O中的至少一种；该反应为退火反应，所用退火装置可以是本领域中常用的分段式管式炉或普通气相沉积炉。