[发明专利]单分散的M相二氧化钒纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒的制备方法，尤其是一种单分散的M相二氧化钒纳米颗粒的制备方法。

背景技术

M相二氧化钒（VO₂（M））单晶在341k具有从单斜半导体相向四方金属相转变的特性，在相变附近，材料的光学性能和电学性能都会发生突变。在红外波段，单斜相具有较高的透过性能，而四方相则有较高的反射特性。将VO₂（M）作为红外调控材料，利用Mott相变前后VO₂在电学、光学方面的突变特性，在光电器件，红外探测、智能窗，存储器件等领域有很大的潜在应用价值。为此，人们为了获得M相二氧化钒，做出了各种努力，如中国发明专利申请公开说明书CN1693212A于2005年11月9日公开的一种“二氧化钒纳米粉体材料的制备方法”。该发明专利申请公开说明书中记载的制备方法依次为前驱体的制备和前驱体的热分解，其中，前驱体的制备以V₂O₅和草酸为原料，先将重量比为1：1～3的V₂O₅与草酸放入容器中并加水，在常压、40～70℃下搅拌，进行还原反应后，向反应液中加入聚乙二醇，得到反应混液，再蒸干反应混液得到固体草酸氧钒前驱体；之后，将固体草酸氧钒前驱体在真空条件下以3～10℃/min的速度加热到350～500℃，保温20～40min后，在保持真空度的情况下自然冷却至室温，得到粒度≤50nm的产物。这种制备方法虽获得了颗粒状的M相二氧化钒，却也存在着欠缺之处，首先，草酸的用量偏大，易对环境造成影响；其次，对中间产物——固体草酸氧钒前驱体退火时，需进行温度的梯度控制，增加了制备的繁杂性，使生产成本难以降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种在获得相同量产物的情况下草酸用量减少，工艺较简便的单分散的M相二氧化钒纳米颗粒的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：单分散的M相二氧化钒纳米颗粒的制备方法采用水热法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将五氧化二钒（V₂O₅）、二水合草酸和水按照摩尔比为1～2.5：1：500～800的比例相混合，得到混合液，再向混和液中加入表面活性剂后搅拌至少2h，其中，表面活性剂的加入量为混和液体积的4～6%，得到前驱体溶液；

步骤2，先将前驱体溶液置于密闭状态，于温度为200～260℃下反应至少1d，得到反应液，再对反应液依次进行固液分离和洗涤的处理，得到正交二氧化钒粉体；

步骤3，将正交二氧化钒粉体置于氮气气氛中，于300～600℃下退火至少0.5h，制得粒径为60～80nm的单分散的M相二氧化钒纳米颗粒。

作为单分散的M相二氧化钒纳米颗粒的制备方法的进一步改进，所述的水为去离子水，或蒸馏水；所述的表面活性剂为聚乙二醇、硫酸、乙二醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中的一种或两种以上的混合物；所述的加入表面活性剂后搅拌的时间为2～4h；所述的前驱体溶液置于密闭状态，于温度为200～260℃下反应的时间为1～5d；所述的固液分离处理为离心分离，离心分离时的转速为10000～14000r/min；所述的洗涤处理为使用去离子水和乙醇分别对离心分离后得到的固态物质进行3次的清洗；所述的退火的时间为0.5～4h。

相对于现有技术的有益效果是，其一，对制备方法制得的目标产物分别使用扫描电镜和X射线衍射仪进行表征，由其结果可知，目标产物为大量的、分散性很好的、形貌为颗粒状的M相二氧化钒，其粒径为60～80nm。其二，对目标产物分别使用差示扫描量热仪和紫外-可见-红外光谱仪进行表征，其结果表明，目标产物的相变温度为67.5℃，具有良好的相变特性和优异的红外调控性能。其三，制备方法简单、科学、有效，既制得了分散性很好的M相二氧化钒纳米颗粒；又在草酸用量较少的情况之下，获得了相同量的目标产物，属绿色环保的制备方法；还因退火时不需进行温度的梯度控制而使制备工艺得到了简化，降低了生产的成本。