[发明专利]钨掺杂温致变色VO2纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种钨掺杂温致变色VO₂纳米材料，其特征在于，所述纳米材料采用包含下述组分的原料制成：五氧化二钒、醋酸和含钨元素的钨源；所述五氧化二钒与醋酸的摩尔比为1：(2‑10)，所述五氧化二钒与钨元素的摩尔比为1：(0.03‑0.15)。本发明采用改进后的水热法，操作更加简便，反应更加温和，产物的粒径尺寸大小均匀，反应易于控制，VO₂纳米材料的光学性能明显得到改善。

技术领域

本发明涉及功能性材料及纳米材料技术领域，具体涉及一种钨(W)掺杂温致变色VO₂纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钒(VO₂)是一种具有半导体-金属相转变特性的温致变色材料，纯的VO₂的相转变温度为68℃。当温度低于相转变温度(T_c)时，VO₂为半导体态的单斜晶相结构(P2₁/c)，当温度高于T_c时，其晶相会由半导体态的单斜晶相转变为金属态四方体结构的金红石相(P4₂/mnm)。相变前后结构的变化导致对红外光由透射向反射的可逆转变，使得其具有良好的温致变色性能以及优异的光学性能，在智能涂层，电子设备和光学器件上具有很大的应用潜力，因此受到了国内外研究人员的广泛关注。

VO₂的制备方法主要有热分解发、溶胶-凝胶法和水热法等，目前，水热法是使用最为广泛的一种方法，利用水热法制备其操作过程简单且易于控制，可明显降低反应温度(通常在100～200℃下进行)，以单一反应步骤完成(不需要研磨和焙烧步骤)，还可很好地控制产物的理想配比及结构形态。而且水热反应在密闭的反应釜中进行，可有效地防止有毒物质挥发后与空气中的敏感前驱体发生副反应，其制备过程无毒无害，更加环境友好，制备所得产物的纯度更高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：由于其较高的相变温度和较弱的光学性能，VO₂在很多领域的应用受到了很大限制，目前，对于VO₂材料的研究主要集中在降低其相变温度和改善其光学性能等方面，尽管在一定程度上取得了很大进展，但其制备过程繁琐，制备效率低，且对于VO₂相变温度的降低程度和光学性能的改善并不能完全达到实际应用的需要。

本发明的目的是：提供一种W掺杂温致变色VO₂纳米材料的制备方法，解决了现有制备技术中制备过程复杂和改性效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种W掺杂温致变色VO₂纳米材料的制备方法，通过改进后的水热法利用CH₃COOH对V₂O₅进行还原以制备VO₂，在水热反应过程中通过添加钨酸引入钨原子，反应结束后进行退火处理，最终得到W掺杂的温致变色VO₂纳米材料。

具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：

一种钨掺杂温致变色VO₂纳米材料，其特征在于，所述纳米材料采用包含下述组分的原料制成：

五氧化二钒、醋酸和含钨元素的钨源；所述五氧化二钒与醋酸的摩尔比为1：(2-10)，优选为1：(2-5)，所述五氧化二钒与钨元素的摩尔比为1：(0.03-0.15)，优选为1：(0.06-0.15)。

优选的，上述纳米材料中，所述钨源选自钨酸或钨酸盐。

优选的，上述纳米材料中，所述纳米材料中钨的原子百分比为1.5-7at.％，优选为3-7at.％。

优选的，上述纳米材料中，所述原料还包括无机酸，所述无机酸浓度为35～40wt％，所述盐酸与五氧化二钒的体积质量比为(6-10)ml:(1-1.5)g。