[发明专利]一种高含量钨掺杂的纳米VO2粉体材料及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于无机功能材料的生产制备领域，涉及到一种具有高掺杂量的钨掺杂纳米二氧化钒粉体材料及其制备方法。

背景技术

二氧化钒(VO₂)是一种具有相变特性的金属氧化物，自从1959年美国贝尔实验室的Morin F.J.发现二氧化钒(VO₂)的热致相变以来，VO₂就成为相变金属化合物中最受关注的一种。二氧化钒(VO₂)作为功能材料，在68℃左右会发生由低温单斜相(M相)到高温四方金红石相(R相)的可逆相转变，伴随着这种结构变化，其电导率、磁化率、光透过率、电阻率和反射率等物理性质会发生突变，从而使VO₂在智能温控薄膜、热敏电阻材料、光电开关材料、红外探测材料、激光防护层等领域应用广泛。为了拓宽VO₂应用领域和提高VO₂应用性能，降低其相变温度成为重要途径之一。

就目前而言，通过原子掺杂来降低VO₂相变温度是最简洁、最行之有效的方法之一，其可以使VO₂的相变温度有效降低甚至降低到室温，然而，掺杂虽然降低了相变温度，但是掺杂离子对二氧化钒中离子取代的同时会造成二氧化钒晶格结构的变化。这种变化的直接后果是导致掺杂后的产品在相变前后光学、电学特性变化幅度减小。因此，在掺杂的过程中针对具体需要还必须选择适当的掺杂原子，以保证即可以有效降低相变温度，又不使VO₂的相变跃迁幅度变小。研究表明，钨掺杂或者钼掺杂降低相变温度效果是最明显的。但是由于掺杂金属源的活性低，现有制备工艺单一，不能有效地将掺杂原子掺杂到VO₂晶格中，大大影响了VO₂在工业中的应用效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高掺杂量的掺杂纳米VO₂粉体材料的制备方法，该工艺步骤将水热合成掺杂法和溶胶-凝胶掺杂法有机地相结合，提高了掺杂原子的掺杂量，通过该方法可以有效降低VO₂的相变温度，实现其更广泛的应用。 

本发明的另一目的在于提供由上述方法制备的具有高掺杂量的掺杂纳米VO₂粉体材料。

本发明提供的具有高含量钨掺杂的纳米二氧化钒粉体的制备方法，包括以下步骤：

（一）首次掺杂

①将V₂O₅加入去离子水调浆，再加入草酸水溶液调节pH值至5-7，微热（40-60℃）搅拌；

②向步骤①所获溶液中，加入浓盐酸，微沸，而后加入N₂H₄·2HCl的水溶液充分反应后得VOCl₂溶液；

③向步骤②所获溶液中通入二氧化碳驱氧，在继续通入二氧化碳的情况下，同时滴加NH₄HCO₃水溶液和Na₂WO₄水溶液；待溶液滴加完毕后，再静置0.5~24h；待晶体析出后真空抽滤，洗涤，得到首次掺杂的含钨前躯体中间产物；

（二）二次掺杂

（a）将所述首次掺杂的含钨前躯体中间产物、白钨酸、助剂混合均匀进行研磨，放入坩锅中；

（b）将步骤（a）中装有物料的坩锅放入马弗炉中升温至600-850℃，保温30-60min，得到熔融产物；

（c）将步骤（b）的熔融产物进行水淬，同时快速搅拌，得到溶胶，将该溶胶静止20-40分钟后再进行干燥得到掺杂干凝胶；

（d）将步骤（c）得到的掺杂干凝胶进行研磨后，于管式炉中还原气氛下500-700℃热还原1-3h，再在保护气体下保温7-10h后退火处理，得到高含量钨掺杂的纳米二氧化钒粉体。

优选该高含量钨掺杂的纳米二氧化钒粉体分子式为（V_1.960-1.975W_0.025-0.040O₂），优选其相变温度为7-48℃，其平均粒径优选100nm-500nm，更优选100nm-200nm。

优选步骤（一）①中，草酸水溶液的浓度为0.1-10g/mL，滴加速度为10-20mL/min。

优选步骤（一）①中，V₂O₅与去离子水的质量用量比为1：2-4。

优选步骤（一）①中，微热搅拌1-1.5小时。