[发明专利]一种二氧化钒及其掺杂粉体的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于无机功能材料的制备领域，尤其涉及一种二氧化钒及其掺杂粉体的制备方法。

背景技术

二氧化钒（VO₂）是一种典型的具有相变特性的金属氧化物，其在68℃附近会发生低温单斜相（M）和高温四方金红石相（R）的可逆相变，VO₂的相变温度是目前所知具有此种相变特性的化合物中最接近室温的。VO₂在相变前后，其电导率、电阻率、磁化率、光透过率和反射率等特性会发生突变，如其电导率在相变前后有5个数量级的突变；VO₂的这种相变特性使得VO₂在热敏电阻材料、光电开关材料、智能窗材料、智能控温材料、红外探测材料、抗激光材料、光存储材料等领域具有广泛的应用前景。

VO₂的相变温度在68 ℃附近，与室温25 ℃还是具有一定差距，这样导致其应用受到了一定限制。研究证明，通过掺杂W、Mo、F等原子可以降低VO₂的相变温度，尤其是掺入高价的金属W⁶⁺可显著降低VO₂的相变温度。目前关于掺杂VO₂的制备方法主要有两大类：物理方法和化学方法。物理方法主要有：脉冲激光沉积法、物理气相沉积法、磁控溅射法、激光诱导气相沉积法等。但这类方法存在较多的缺点，如设备昂贵，工艺过程复杂，制备的产物少，能耗比很大，不适宜于工业生产与应用。化学方法主要有：化学气相沉积法、溶胶凝胶法（Sol-Gel）、热分解法、化学沉淀法，水热反应法等；在这些方法中，水热反应法由于过程简单、容易控制、可以适应大规模的生产而备受关注。到目前为止，只有两种关于水热法制备掺杂VO₂的报道： Li, J.曾报道^[1]利用偏钒酸铵与钨酸铵混合，然后用乙酸调节pH为2-3，先制备出VO₂(B) 的掺杂粉体，然后转化为VO₂(M) 的掺杂粉体，该方法对于pH的要求非常高，不利于大规模生长，且重复性较差；Cao, C. X.和Whittaker, L.曾报道了^[2-3]利用V₂O₅、草酸、钨酸进行高温水热反应7天制备出掺杂的单斜相VO₂(M)，该方法存在反应时间过长、对水热釜要求严格、且掺杂剂在产物中分散不均匀等缺点。

涉及的参考文献如下：

[1] Li, J.; Liu, C. Y.; Mao, L. J., The character of W-doped one-dimensional VO₂(M) [J]. Journal of Solid State Chemistry, 2009, 182(10): 2835-2839.

[2] Cao, C. X.; Gao, Y. F.; Luo, H. J., Pure Single-Crystal Rutile Vanadium Dioxide Powders: Synthesis, Mechanism and Phase-Transformation Property [J]. Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112(48): 18810-18814.

[3] Whittaker, L.; Wu, T. L.; Patridge, C. J.; Sambandamurthy, G.; Banerjee, S., Distinctive finite size effects on the phase diagram and metal-insulator transitions of tungsten-doped vanadium(IV) oxide [J]. Journal of Materials Chemistry, 2011, 21(15): 5580-5592。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、环境友好、易于控制、产率高、产量高、且适于大规模工业生产的二氧化钒及其掺杂粉体的制备方法，采用本发明方法所得产品具有纯度高的优点。