[发明专利]氢气还原多钒酸铵制备VO2的方法及热敏装置

说明书

技术领域

本发明属于材料制备加工技术领域，具体涉及一种氢气还原多钒酸铵制备VO₂的方法及热敏装置。

背景技术

二氧化钒(VO₂)是一种具有热致相变特性的金属氧化物，在68℃下可发生半导体相(M相)到金属相(R相)的转变，还伴随着近红外透过率从高到底的变化。二氧化钒的相变使其在光学、电学、磁性能等方面都显示出热致突变特性，被广泛用于智能窗、热敏电阻、温控开关、节能涂层、光储存等领域。然而，二氧化钒的相变温度(68℃)远远高于室温，极大地限制了其应用范围。因此，开发具有低相变温度的二氧化钒具有重要的市场效益和应用价值。

为了降低二氧化钒的相变温度，通常采用掺杂其他离子的办法。目前制备二氧化钒粉体的方法主要有化学沉淀法、溶胶凝胶法、水热法、热解法等，使用的原料主要是V₂O₅、NH₄VO₃、VOSO₄和钒金属等。

最传统的二氧化钒制备方法是以V₂O₃和V₂O₅为原料，在真空硅管中700℃加热48h[MacchesneyJ.B.,GuggenheimH.J.,PhysicsandChemistryofSolids,1969,30(2),225.]；或者在氮气氛围中1350℃加热V₂O₅制备VO₂[XuS.,ZhaoK.,GuC.,etal.,RareMetalMaterialsandEngineering,2003,32(7),502.]。传统法生产VO₂时间长、反应温度高，不利于工业化生产。

Xu等报道了以VOSO₄为原料采用化学沉淀法制备纳米VO₂的方法[XuS,ZhaoK.,GuC.,ChineseJRareMetals,2002,26(3),169.]。Tang等也报道了以KBH₄为前驱体分解K₃VO₄制备VO₂的方法[TangC.,GeorgopoulosP.,FineM.E.etal.,Phys.Rev,1985,31,1000.]。化学沉淀法可对所制备的粉体的纯度、形态、尺寸、分布与结晶状态实现较好的控制，但所用原料纯度高、价格昂贵，而KBH₄有毒且不利于实际生产。

MacchesneyJ.B.等报道了以V₂O₅凝胶为原料，在1100℃下真空退火10～30h制备VO₂的方法[MacchesneyJ.B.,GuggenheimH.J.,JPhysicsandChemistryofSolids,1969,30(2),225]。溶胶凝胶法可获得粒径分布窄的产品，但后续煅烧温度高、时间长，不利于工业生产。

Chen等报道了以NH₄VO₃和N₂H₄为原料采用水热法在170℃下反应15天合成VO₂的方法，N₂H₄可提供还原气氛，同时还有助于控制产物尺寸与形态[ChenW.,PengJ.,MaiL.etal.,SolidStateCommunications,2004,132(8),513.]。水热法可获得粒度分布窄、纯度高、烧结活性高的产品，但其对原料纯度要求高、周期长，不利于实现低成本大规模工业生产。

美国专利US4965150报道了在氨气气氛下200～537℃热解NH₄VO₃制备VO₂；Stanley等报道了以H₂(10％)-N₂为保护气，740℃热解VOSO₄制备VO₂，同时还尝试了在VOSO₄中掺杂WO₂Cl₂和MoO₂Cl₂制备掺杂的VO₂[StanleyA.L,EdwardA.T.,JAmericanCeramicSocie,1995,78(1),104.]。热解法过程简单、粒径分布窄、持续性好，便于实现工业生产。