[发明专利]一种合成具有低相变温度的单斜结构VO2的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成单斜结构VO₂的方法。

背景技术

VO₂有很多中相，如VO₂(A)、VO₂(B)、单斜结构VO₂、VO₂(R)等，其中单斜结构VO₂在68℃左右时可以发生半导体-金属相VO₂(R)的转换。其电阻率、磁化率、光透射率和反射率发生了突变，由于它的这种显著的改变，我们可以把VO₂运用于各个领域，例如控温材料、光存储、传感器，红外成像仿真和温控开关等方面。特别是应用于控温材料中，当室温达到或超过VO₂相变温度时，温控材料VO₂的红外透过率将降低到非常小，这样就起到了阻挡太阳能热辐射的作用，达到降低室内温度的目的，当室内温度低于VO₂的相变温度时，其作用相反，从而达到了温度调控的作用，如作用于窗户、墙面等，可以达到冬暖夏凉，减少能源的使用。

虽然单斜结构VO₂是所有相变材料中相变温度最接近室温的材料，但是68℃对于室温来说还是太高。

发明内容

本发明的目的是要解决现有单斜结构VO₂的相变温度高和不能实现上转换发光的问题，而提供一种合成具有低相变温度的单斜结构VO₂的方法。

一种合成具有低相变温度的单斜结构VO₂的方法，是按以下步骤完成的：

一、将Er₂O₃和Yb₂O₃加入到质量分数为65％～68％的硝酸，再在功率为500W～1000W的万用电炉上加热10min～20min，再加入蒸馏水，得到混合溶液A；

步骤一中所述的Er₂O₃与Yb₂O₃的物质的量比为2:(4～10)；

步骤一中所述的Er₂O₃的物质的量与质量分数为65％～68％的硝酸的体积比为2mol:(2mL～10mL)；

步骤一中所述的Er₂O₃的物质的量与蒸馏水的体积比为2mol:(5mL～10mL)；

二、将V₂O₅和草酸加入到混合溶液A中，再加入蒸馏水，再在搅拌速度为400r/min～600r/min下搅拌2h～4h，得到蓝黑色混合溶液；

步骤二中所述的V₂O₅与草酸的摩尔比为1:(2～6)；

步骤二中所述的V₂O₅的物质的量与混合溶液A的体积比为0.0055mol:(5mL～10mL)；

步骤二中所述的蒸馏水与混合溶液A的体积比为15:(5～10)；

三、将蓝黑色混合溶液加入到反应釜中，再在温度为160℃～200℃下反应12h～48h，得到反应物；使用蒸馏水和酒精分别对反应物清洗3次～5次，再在温度为60℃～80℃下干燥12h～16h，得到干燥后的反应物；

四、将干燥后的反应物置于管式炉中，再在氮气气氛和烧结温度为550℃～600℃下烧结1h～2h，得到具有低相变温度的单斜结构VO₂，即完成一种合成具有低相变温度的单斜结构VO₂的方法。

本发明的原理：

单斜结构VO₂是单斜结构，VO₂(R)是金红石结构；VO₂发生相变的实质就是在温度变化时，由于V离子的位置变化，使得电子的运动有连续变为不连续，从而显示导体与半导体的性质，而离子掺杂能够改变带间隙、晶体内应力等；Er³⁺和Yb³⁺的半径都大于V⁴⁺，它们的掺入降低了VO₂的禁带宽度，从而降低了单斜结构VO₂的相变温度。

本发明的优点：

一、本发明通过掺杂Er³⁺和Yb³⁺降低了单斜结构VO₂的相变温度；