[发明专利]一种二氧化钒纳米多孔状薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学功能材料领域，具体涉及一种二氧化钒纳米多孔状薄膜及其制备方法。

背景技术

二氧化钒具有优异的热致相变特性，其相变温度为68℃。随着温度变化它会发生半导体相与金属相的相互转变，同时伴随光学、电学、磁学等性能的改变。二氧化钒应用其独特的性能，主要是以薄膜的形式存在，而将薄膜进行多孔化的可控构筑，则可以充分提高它的容积率，增大其比表面积，从而适用于制备透光性更好地热致变色薄膜，也可以应用于储能材料领域，可用于制备气敏元件、锂电池阴极材料等。与化学组分相同的致密膜层相比，多孔状结构薄膜具有更为优异的性能。

制备多孔状薄膜通常采用水热法，溶胶-凝胶法等。应用水热法的制备工艺，如中国专利（公开号：CN102071409B），中国专利（公开号：CN101585552A）等。应用溶胶-凝胶法进行制备，如中国专利（公开号：CN10099893A），中国专利（公开号：CN10099893A）等。其中，溶胶-凝胶法工艺较为成熟，其制备过程通常采用模板剂来辅助实现。溶胶-凝胶法的突出特点在于薄膜物质的化学组成计量比容易控制，而且不需要特殊的大型仪器设备。但是应用这种方法，在制备过程中步骤复杂，工艺流程较长，在凝胶阶段需要进行热处理，而热处理过程中容易出现制品的开裂。应用溶胶-凝胶法制备多孔薄膜的过程中还需要添加模板剂，因此后续需要高温焙烧来脱除模板，但是在脱模过程中容易产生杂质的残留，进而导致薄膜性能的恶化，而且模板剂多为有机试剂，对环境会造成一定危害，同时也会导致生产成本的升高。

因此，为了克服二氧化钒纳米多孔薄膜制备过程中存在的不足，需要探索一种更简便、高效的工艺方法。应用电化学沉积的方法，使离子从电解液中输送到电极表面并放电，结晶过程电位越高，则晶核的形成几率越大，因此通过调整电压或电流强度等因素，可以实现对薄膜组成的控制。同时，通过对沉积电量的调节，还可以实现对薄膜厚度和表面形貌的有效地控制，避免了使用有机溶剂作为模板。应用电化学沉积的方法，还可以实现大面积成膜，而且适用于不同尺寸与规格的基板，有利于应用到批量化生产中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钒薄膜的制备方法及其应用，制备出二氧化钒纳米多孔状薄膜，并充分提高以其制备的热致变色智能窗的透光率，以及将其更好地应用于储能领域。

本发明采取的技术方案如下：

一种二氧化钒纳米多孔状薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）前处理：将导电基板洗净并烘干；

（2）沉积成膜：将导电基板置于二氧化钒镀膜电解液中，与电极以间距为1-10cm距离平行放置，基板与电极间加载0.1-10V电压，通电1-100分钟；

（3）后处理：沉积结束后，在20-150℃温度下将薄膜烘干20-60分钟，最终得到二氧化钒纳米多孔状薄膜。

步骤（1）中，导电基板包括导电玻璃、铂片、银片、铜片、铝片、锌片、导电聚合物等。

所述二氧化钒镀膜电解液以钒的四价化合物为溶质，醇类与去离子水按体积比0:1-10:1的混合液为溶剂，按照溶质摩尔浓度为0.001-10mol/L将溶质与溶剂搅拌20-60分钟，超声分散20-60分钟，用pH调节剂调节pH至2.7-3.0，陈化48～96小时，得到镀膜电解液。

所述醇类选自甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或一种以上；

所述钒的四价化合物选自硫酸氧钒、硫化钒、四氯化钒、二氯氧化钒中的至少一种。

所述pH调节剂所用酸为盐酸，乙酸等中的至少一种；所用碱为NaOH，氨水等中的至少一种。

上述工艺所得二氧化钒薄膜为纳米多孔状结构，且微孔由三维网络形成，孔径50～200nm。

与现有制备技术相比，本发明采用电化学沉积的方法，可在不同形貌、规格的导电衬底上直接沉积制备出形貌可控的二氧化钒薄膜，所得薄膜为多孔状结构，孔洞均匀，成膜致密，有效地提升了薄膜材料的容积率，极大的提高了比表面积，从而使其适用于制备透光性更好地热致变色薄膜，也可以很好地应用于储能材料领域。本发明工艺简单，反应条件温和，可以实现大面积成膜，适用于不同规格、形貌的基板，适合广泛推广与应用。

附图说明

图1为实施例1所得到的二氧化钒纳米多孔状薄膜的XRD谱图。

图2为实施例1所得到的二氧化钒纳米多孔状薄膜的FESEM谱图。

图3为实施例1所得到的二氧化钒纳米多孔状薄膜的EDS谱图。

具体实施方式