[发明专利]一种掺杂二氧化钒粉体、分散液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域及材料领域中的二氧化钒粉体制备，特别涉及掺杂二氧化钒粉体，及其制备方法和应用。

背景技术

在全球能源供应趋紧和环境日益恶化的形势下，节能减排已成为世界各国共同的目标。联合国环境规划署2009年12月11日发表的一份报告称：全球温室气体排放有1/3与建筑物耗能有关。我国是能耗大国，每年损耗的能源相当于15亿吨标准煤，其中30%左右为建筑耗能。而建筑耗能中最严重的是玻璃，其能量损耗占整个建筑能耗的50%。因此通过推进建筑物节能，开发节能玻璃，有望大幅降低温室气体排放和能耗。

目前市场上在售的节能玻璃以低辐射玻璃（Low-E玻璃）为主，其具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比，可大大降低因辐射而造成的室内热能向室外的传递。然而Low-E玻璃不仅售价高，而且不够“智能”，因此急需研发具有自主知识产权的下一代智能节能玻璃。

已知金红石相二氧化钒是一种具有相变性质的金属氧化物，其在68℃发生由低温单斜相（M相）到高温金红石相（R相）的可逆金属半导体相转变。伴随着这种结构变化，其电导率、磁化率、光透过率等物理性质都发生剧烈变化，使其在智能温控玻璃上具有较大用处。

制备二氧化钒薄膜时，通常采用的方法包括反应溅射、反应蒸镀、化学气相沉积、溶胶凝胶法、脉冲激光剥蚀等，但这些方法存在着设备昂贵、工艺参数控制复杂、工艺稳定性差或沉积速率低、成膜面积小、不适合批量生产等局限性。此外，如果将现有玻璃全部替换成节能玻璃成本太大，所以优先考虑在现有普通玻璃的基础上进行节能改造，即将具有智能节能作用的二氧化钒粉体涂覆在现有普通玻璃上。

二氧化钒具有A相、B相、C相、M相、R相及水合物等10余种结晶相，制备M/R相二氧化钒首先成为制备节能玻璃的一个技术难点。

已有的M/R相二氧化钒粉体多采用高温烧结法，中国专利CN 10164900A公开一种掺杂钨二氧化钒的制备方法：先制备B相二氧化钒粉体，然后经350～800℃高温热处理得到R相二氧化钒粉体。现有M/R相二氧化钒粉体还有喷雾热分解法（美国专利 US5427763）、热裂解法（中国专利 CN 1321067C）、溶胶凝胶法（美国专利 US6682596）和反微乳液法（WO 2008/011198 A2）等。本申请人之前的中国专利申请CN 101391814A还公开一种一步水热法制备M/R相二氧化钒粉体的方法。

发明内容

应用二氧化钒粉体及二氧化钒粉体与其他物质复合制备薄膜，方法简单，便于大规模操作，不但可以用于原有玻璃窗的节能化改造，并且可以涂覆在不同衬底上，扩大二氧化钒的应用性。然而制备二氧化钒薄膜及涂层，对二氧化钒粉体的形貌和粒径均有着特殊的要求，要求二氧化钒粉体具有优异的分散性。

然而上述现有技术中公开的加入了掺杂元素所制得的二氧化钒粉体，其尺寸较大（大多大于100nm），往往为柱状（长径比大多大于10:1），掺杂元素并不能调控结晶相，制得的掺杂二氧化钒粉体的分散性也不好，不宜用于制备二氧化钒薄膜及涂层。

虽然CN 10164900A提到了加入钨制备得到粒径≤50n的掺杂二氧化钒粉体，但其并没有涉及粉体的微观形貌，即其掺杂的钨元素并不涉及控制二氧化钒粉体的长径比。而且，该专利文献采用高温烧结的方法从B相二氧化钒粉体制备R相二氧化钒粉体，其晶相很难控制。本申请人之前的中国专利申请CN 101391814A虽然提到制备的二氧化钒粉体可以为颗粒状，但其并没有公开颗粒的尺寸，也没有公开颗粒的长径比，而且参见其附图2可知，其晶粒为柱状而非颗粒状。

而且，上述现有技术中公开的掺杂二氧化钒粉体多致力于通过掺杂其他金属元素来调控二氧化钒的相变温度，所用的掺杂元素多采用钨、钼，其并没有关注到其晶粒尺寸和形貌，更没有想到通过掺杂特定的元素来控制二氧化钒粉体晶粒的尺寸、形貌和/或晶型。

日本专利 特开2009-102373公开一种较小尺寸（粒径<200nm）M相VO₂，然而该方法是在TiO₂表面诱导生成M相VO₂，即得到的是VO₂/TiO₂复合粒子而不是具有单一化学组成的掺杂二氧化钒。