[发明专利]无机溶胶-凝胶法制备二氧化钒薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种无机溶胶‑凝胶法制备二氧化钒薄膜的方法，其步骤如下：(1)前驱体的制备；(2)基片的清洗；(3)提拉法镀膜；(4)退火处理：将镀完膜的石英玻璃片放入管式炉中，先将管式炉内抽真空，随后升温退火处理得到二氧化钒热致变色薄膜。本发明提供的方法所需要的成本低，前驱体原料易得，制备过程简单易行，工艺重复性好，易于实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及金属氧化物薄膜材料，具体涉及无机溶胶-凝胶法制备二氧化钒薄膜材料的方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人们对居住条件的要求越来高，进而促进了建筑业的蓬勃发展。经统计建筑能耗占社会总能耗的比例已达27.8％，其中，门窗的能量耗散约占建筑总能耗的2/3，而通过玻璃散失的能量又占门窗能量损失的80％，因此研发高性能的节能玻璃对建筑节能乃至全球低碳经济的发展具有非常重要的意义。

功能材料二氧化钒(VO₂)自1959年被F.J.Morin发现以来就引起了人们的普遍兴趣和关注。主要是因为VO₂具有半导体-金属相转变(MST)的特性，且相变温度为68℃，接近于室温。值的注意的是VO₂在发生相变的过程中伴随着电学、磁学和光学等性能的突变，而且这种突变过程是可逆的。VO₂的这些性质使其在光阀、光电开关、电子扫描激光器、温度敏感半导体器件、光存储以及建筑节能玻璃等方面具有广泛的应用前景。

如何制备高纯度的VO₂薄膜是众多研究者的研究重点。目前制备VO₂薄膜的主要方法有：真空蒸渡法、反应溅射法、反应蒸镀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法等。而其中溶胶-凝胶法所需要的成本低，前驱体原料易得，制备过程简单易行，工艺重复性好，适用于二氧化钒薄膜的工业化生产和应用。

在自然界中，金属钒的化学性质活泼，以+2、+3、+4、+5价态存在，可与氧结合生成多种钒的氧化物(V_xO_y)，主要有V₂O₅、VO₂、V₂O₃、VO等。在各个价态的氧化钒之间还存在着中间态的氧化钒，比如V₃O₅、V₄O₇、V₄O₉、V₆O₁₃等。所以在制备M相的VO₂时要严格控制实验操作过程。

因为VO₂极易氧化成V₂O₅，且我们使用的原料就是V₂O₅，所以在退火处理的过程中需要通入还原性气体或者惰性气体。中国专利CN104805411A公开了一种二氧化钒低温热致变色薄膜的制备方法，退火过程使用的还原性气体为氢气和氩气的混合气体，退火温度为400-700℃，退火时间为1-2h。这种通入气体的方法需要从存放各种气体的高压钢瓶等容器中通入气体，形成流动气氛，操作较为复杂，造价较高，并且有些气体如氢气易燃易爆，使用过程中存在安全隐患。

中国专利CN1436606A公开了一种溶胶-凝胶制备氧化钒薄膜材料的方法，将乙酰丙酮氧钒溶解在过量的甲醇中得到前驱体，然后放入氮气氛炉中，在550-650℃的温度下热处理15-30min。这种方法虽然毒性相对较小，但是价格昂贵，不适合实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种成本低廉，易于操作，安全性高的无机溶胶-凝胶法制备二氧化钒薄膜的方法。

本发明无机溶胶-凝胶法制备二氧化钒薄膜的方法，其技术方案是：