[发明专利]一种实现VO2

说明书

本发明公开了一种实现VO₂发生A相向M相转变的方法。该方法通过水热法制备棒状VO₂(A)，利用放电等离子烧结技术将其转化为VO₂(M)。将VO₂(A)粉末装入模具内，利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场促进VO₂(A)向VO₂(M)的转化。合适的压制压力诱导A相向M相转化，首先通过脉冲电流的活化过程，诱导A相向M相开始相变，然后通过恒定的低温加热促进相变，较低的温度和较短的保温时间避免了晶粒长大，焦耳热快的加热速率避免了由扩散过程导致的晶粒粗化，在不改变纳米结构的前提下，快速实现了VO₂(A)向VO₂(M)的转变。

技术领域

本发明涉及热致变色材料制备技术领域，特别是一种实现VO₂发生A相向 M相转变的方法。

背景技术

二十一世纪以来，煤、石油、天然气等传统型能源过量开采，节能环保成为当前全球关注的焦点。据统计，建筑物能耗占总量高达40％，其中空调和供暖约占30％。智能窗户可根据室内温度变化，智能调节太阳辐射强度，减轻空调负担，节约能源。因此，开发主动对外界温度变化产生响应的热致变色材料是减少建筑能耗的主要途径。

具有金属-半导体相变特性的VO₂因其独特的光学性质成为重要的热致变色材料之一。当温度降低至相变点68℃，材料发生结构相变，与此同时发生绝缘体态向金属态的转变，称为MIT相变，并随着各种物理性质的突变，如，电阻变化2～5个数量级，由红外光高透射率转变为低透射率，磁学性质由顺磁性转变成反磁性。基于超快的相变特性，VO₂在诸多领域引起人们的广泛关注，例如，智能窗户涂料、辐射热测量计、光学开关、温度传感器等。

在诸如此类的应用中，单斜相(M)VO₂的可控制备非常重要但又极具挑战性，目前主要制备方法有：水热法、溶胶凝胶法、磁控溅射法、气相沉积法、电化学法等。其中，水热法简单、成本低、制备周期短和可大规模生产，成为应用最广泛的制备方法。由于V-O体系化合物非常多，往往结合水热法和退火工艺两步完成：首先，通过水热法制备亚稳相，如VO₂(A)，再通过管式炉退火将A相转化为M相。然而，这种方法退火耗时长、温度高，导致晶粒粗化严重，失去了最初水热合成得到的纳米结构，影响VO₂(M)的进一步应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种实现VO₂发生A相向M相转变的方法，以解决制备M相VO₂的方法耗时长，晶粒粗化严重的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种实现VO₂发生A相向M相转变的方法，包括以下步骤：

步骤1，将装载A相VO₂粉末的模具放置于放电等离子活化烧结炉内，抽真空后向VO₂粉末施加8～50MPa的轴向压力；

步骤2，使用脉冲电流对模具内的VO₂粉末进行活化，获得活化后的VO₂粉末；

步骤3，通过恒定电流加热活化后的VO₂粉末，加热并保温；

步骤4，保温结束后，卸除压力，获得M相的VO₂。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，所述A相的VO₂粉末为棒状的VO₂粉末。

优选的，步骤2中，活化时间为30～90s，活化时脉冲电流的大小为300A，脉冲电流的电压为3V。