[发明专利]通过W6+掺杂降低二氧化钒相变温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过W⁶⁺掺杂降低二氧化钒相变温度的方法，属于纳米材料与纳米技术领域。

背景技术

在传统的热致变色材料中VO₂具有优异的性能。二氧化钒存在于多种形式的稳定和亚稳定的多态，这些多晶型在本系统包括正方金红石型VO₂(R)相和单斜结构的VO₂(M)相和至少三个亚稳定相的VO₂(B)、VO₂(A)包括最近刚被发现的VO₂(C)。VO₂（M）相变温度约为68°C，最引人注意的是伴随着相变从半导体到金属态的转变，其电阻发生突变、光学性质发生变化。但是这个温度和和环境温度相比而言有些偏高，也有的行业要求利用相变温度高于68°C的，如果能适当的调整VO₂（M）的相变温度，可以扩大它的应有范围，因此受到广大研究人员的关注。研究发现，可以通过掺杂一些金属阳离子或是非金属阴离子方法可以把相变温度降低到室温甚至室温以下，但是若想在未来的日子中将这种材料应用到商业运作中，还有一段差距。 

就掺杂元素改变相变温度的机理至今还没有一个尚未完整的理论，一种是认为杂质原子取代了V原子，产生缺陷，是VO₂的晶格引入张力，导致晶格畸变，在其相变时，V原子外层d电子的能带交叠在较低的温度发生，这样就使得VO₂相变的温度降低。另一种理论认为是相变温度决定于掺杂原子的半径，半径大的杂质原子使V⁴⁺--V⁴⁺键被拉长，只有温度降得更低才能使原来V⁴⁺--V⁴⁺键恢复原长，所以可以降低相变温度。

常用的VO₂掺杂薄膜材料的制备方法有金属有机化合物气相沉积掺杂法、溅射掺杂法、液相混合掺杂法等。但制备VO₂掺杂粉体材料的报道还很少。大量的研究表明：VO₂中掺入W⁶⁺、Mo⁶⁺、Nb⁵⁺等元素可以有效的降低其相变温度，其中以W⁶⁺的降温效果是最佳的。

发明内容

本发明提供了一种通过W⁶⁺掺杂降低二氧化钒相变温度的方法，本发明所述的一种通过W⁶⁺掺杂降低二氧化钒相变温度的方法，用V₂O₅作为原料和草酸作为还原剂，不采用模板和催化剂，通过水热法，加入一定量的钨酸，水热处理的温度240°C，在氮气的氛围内退火，就能得到掺杂的VO₂ 粉体，通过W⁶⁺掺杂可以使VO₂（M/R）纳米粉体的相变温度由67°C降到42°C。工艺简单，重现性好，可控程度高， 

本发明的技术方案为：

一种通过W⁶⁺掺杂降低二氧化钒相变温度的方法，其特征在于：制备工艺包括以下步骤：

（1）分别称取0.3g左右V₂O₅粉末,0.4g左右草酸，加入0.07525g左右的钨酸，再加入40ml左右的蒸馏水常温搅拌至全部溶解，得溶液；

（2）把所得溶液转移到一个聚四氟乙烯高压反应釜,进行水热处理72h左右，水热处理的温度为240°C左右；

（3）步骤（2）后将反应釜自然冷却到室温，得到的实验沉淀物经过过滤，后分别用蒸馏水和酒精洗涤多次，之后样品在烘箱中75-85°C下保温9-11小时，然后将得到样品在氮气的氛围内300°C左右退火2h左右就能得到掺杂的VO₂粉体。

所述的一种通过W⁶⁺掺杂降低二氧化钒相变温度的方法，其特征在于：所述的B相二氧化钒纳米棒制备采用方法是水热法，原料为V₂O₅粉末和草酸，原料的摩尔比为1:2。

所述的一种通过W⁶⁺掺杂降低二氧化钒相变温度的方法，其特征在于：通过W⁶⁺掺杂可以使VO₂（M/R）纳米粉体的相变温度由67°C降到42°C。

所述的一种通过W⁶⁺掺杂降低二氧化钒相变温度的方法，其特征在于所述的聚四氟乙烯高压反应釜的容积为50ml。