[发明专利]一种锡-钨共掺杂二氧化钒粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与纳米技术领域，具体涉及一种锡-钨共掺杂二氧化钒粉体及其制备方法。

背景技术

二氧化钒(VO₂)是一种优质的相变材料，在68℃附近可发生低温单斜半导体相(M相)与高温金红石相(R相)间的可逆相变，同时伴随着红外光透过率、电阻率、磁化率等性能的突变，因此在智能温控薄膜、热敏电阻材料等领域具有广泛的应用前景。但各行业对于二氧化钒相变温度的要求是不同的。倘若能适当降低VO₂(M)的相变温度，可打破其应用限制，因此如何降低VO₂(M)相变温度成为广大科研人员的研究热点。国内外研究表明，采用离子掺杂的方法可有效降低VO₂的相变温度，掺杂元素在V的d_Ⅱ轨道中引入多余电子，电子浓度增加，d_Ⅱ带分裂间隙减小，所需热驱动力减小，相变温度降低。通常选择高价态离子如W⁶⁺、Mo⁶⁺、Nb⁵⁺、F^-等进行掺杂，其中W⁶⁺掺杂降低VO₂相变温度是最有效的，而对于Sn元素掺杂研究鲜有报道。在此基础上，研究人员发现采用多元素共掺杂法不仅可以降低所需掺杂元素质量，还可以进一步降低VO₂相变温度。例如，2014年1月22日公开的中国发明专利申请公布说明书CN103525369A中提出“一种钼钨共掺杂二氧化钒粉体及其制备方法”。该方法采用在氮气保护下将原材料搅拌溶解，之后200℃左右水热反应5～9天，最后经过600～800℃，2～4h热处理后制备出钼钨共掺杂二氧化钒粉体，其中3at%Mo-4at%W掺杂VO₂粉体相变温度降低至36℃。但是，这类制备方法存在工艺繁琐、耗时长、耗能高、惰性气氛保护等问题。因此，现有技术还需要进一步改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锡-钨共掺杂二氧化钒粉体的制备方法，旨在降低二氧化钒的相变温度，解决现有掺杂二氧化钒粉体制备中存在的过程繁琐、效率低、耗能多等问题，具有工艺简单、高效节能、可控程度高等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锡-钨共掺杂二氧化钒粉体的制备方法，所述制备工艺包括以下步骤：

步骤1)：溶解可溶性钒盐；

步骤2)：制备步骤1)溶液的悬浊液；

步骤3)：在步骤2）溶液中加入锡钨掺杂物质、氧化剂与还原剂；

步骤4)：将步骤3）的混合溶液进行水热反应与干燥处理。

进一步的，所述步骤1）具体为：将可溶性钒盐溶解于去离子水中，室温搅拌均匀，得到稳定溶液，所述可溶性钒盐为水溶性钒盐中的一种或多种，包括：硫酸氧钒、草酸氧钒等。

进一步的，所述步骤2）具体为：将步骤1)中配制的含钒溶液与沉淀剂在去离子水中反应，得到悬浊液，离心洗涤除去杂质后，将所得沉淀分散于去离子水中。

进一步的，所述步骤3）具体为：将锡钨掺杂物质、氧化剂、还原剂加入到步骤2)中的分散液中，搅拌均匀，所述氧化剂为双氧水、硝酸等中的一种或几种，所述还原剂为草酸、乙醇、亚硫酸氢钠等中的一种或几种。

进一步的，所述步骤4）具体为：将步骤3)中所得到的分散液转移至水热釜中，进行水热反应，所述水热反应温度为200～300℃，水热反应时间为6～72h；待水热反应结束后，水热釜自然冷却至室温，所得粗产物经去离子水、无水乙醇洗涤离心、真空干燥后，即得到掺杂VO₂粉体，所述真空干燥温度为40～80℃，干燥时间为1～10h。

进一步的，所述沉淀剂为水溶性碱性试剂中的一种或几种，包括：氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢氨和三乙胺。

进一步的，所述分散液中的钒离子浓度为0.1～3.0mol/L，所述钒元素含量、氧化剂和还原剂用量的摩尔比为(0.1～10)：1：1。

进一步的，所述锡钨掺杂物质中锡和钨元素掺杂量按照共熔物V_1-x-yW_xSn_yO₂中摩尔比添加，其中x、y分别表示钨和锡的掺杂量，所述钨和锡的掺杂量均不超过钒摩尔量的10%。