[发明专利]常压下具有金属特性的Mx′相VO2纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于制备VO₂纳米材料的技术领域，具体涉及利用钨掺杂的VO₂(R) 纳米颗粒通过高压的方法制备具有金属特性的VO₂纳米材料的新方法。

背景技术

VO₂是一种重要的功能材料，具有独特的电学、光学和磁学等性质，在智能玻璃、电学开关、气敏电阻、锂电池数据存储等领域有着重要的应用前景。在自然界中，具有半导体特性的VO₂晶体有很多种，包括：VO₂(M1)、VO₂(A)、 VO₂(B)、VO₂(C)和VO₂(D)，然而，具有金属特性的VO₂晶体只有VO₂ (R)。近年来随着材料制备技术的不断发展，制备出了更多新型VO₂结构，例如通过掺杂得到的M2、M3和T相，然而这些结构均为半导体相。目前为止，具有金属特性VO₂材料的制备仍是一项具有挑战性的工作。

高压可以有效调节材料结构和性质，是制备具有新结构、新性质的材料的一种新方法。目前，人们已经开始利用高压的手段来探索可能存在的各种VO₂新结构。在高压下，实验上已经发现了具有金属特性的M1'、Mx相VO₂的同质异形体，但是，这些金属相在卸压过程中分别转变为具有半导体特性的M1相和另一个在常压下可以稳定存在的、具有半导体特性的新结构Mx'相。到目前为止，国内及国外尚未见有关对VO₂(Mx')进行W掺杂方面的研究报道。

发明内容

本发明的目的就提供一种利用掺杂和高压手段来制备具有金属特性Mx'相 VO₂纳米材料的方法。以钨掺杂的R相VO₂纳米颗粒为原料，经过高压处理获得常压下具有金属特性的Mx'相VO₂纳米颗粒的方法。

其步骤可以为：利用砧面为200μm的金刚石对顶砧压机预压铼片，并在压痕中心钻直径为100μm的孔洞。将适量W掺杂的R相VO₂纳米颗粒填装到铼片的孔洞中，再添加红宝石微球作为压标(检测压腔内的压力)，滴加体积比为 4∶1的甲/乙醇混合溶液作为传压介质或者硬压，封好压机，进行加压。当压力升高至～64GPa时，卸压至常压，即可得到具有金属特性的Mx'相VO₂纳米颗粒。具体的制备过程简述如下。

一种常压下具有金属特性的Mx'相VO₂纳米材料的制备方法，以金刚石对顶砧压机为加压装置；以W掺杂的R相VO₂纳米颗粒为原料；将原料填满样品腔，或将原料填装到样品腔再滴加甲/乙醇混合溶液作为传压介质，进行加压；在压力升高至64GPa或更高时卸压，得到具有金属特性的Mx'相VO₂纳米颗粒。

所述的甲/乙醇混合溶液，可以是甲醇、乙醇体积比为4∶1的混合溶液。

本发明所用的钨掺杂的R相VO₂纳米颗粒原料最好按下述的过程制备：将 V₂O₅、草酸和Na₂WO₄·2H₂O加入去离子水中，搅拌至透明，其中W和V的摩尔比为10:100；然后转移到反应釜中密封，在190℃下保温24小时；反应结束后自然冷却，产物用酒精及去离子水洗涤，真空干燥后在氩气保护下600℃煅烧3小时。

本发明中，现有技术制备出的钨掺杂的VO₂(R)纳米颗粒虽然可以用来制备具有金属特性的Mx'相VO₂纳米颗粒，但效果较本发明给出的方法差很多。故对钨掺杂的VO₂(R)纳米颗粒的制备过程的反应物种类和反应过程进行了进一步调整。本发明制备过程中以为五氧化二钒为钒源、草酸为还原剂、钨酸钠为钨源，反应过程为水热和煅烧法。水热反应中反应物溶液在反应釜中的填充率为 0.6、反应温度为190℃、反应时间为24小时。水热产物经洗涤、冷冻干燥后在氩气氛围中600℃煅烧3h，即可得到形貌均一、结晶性好的钨掺杂的VO₂(R)纳米颗粒。