[发明专利]一种核壳结构的高效热致变色纳米复合粉体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构的高效热致变色纳米复合粉体，该复合粉体以VO₂层为核层，钨青铜化合物层为壳层；所述的VO₂层为二氧化钒纳米粉体，其三维尺寸中最小的尺寸不超过100nm，所述钨青铜化合物层为MxWO₃，其中，M选自NH4⁺，Cs⁺，K⁺，Na⁺或Li⁺中的任一种；x的取值范围为0.01～0.8；钨青铜化合物层的厚度小于60nm，利用钨青铜材料的红外吸收特性使壳层吸热，通过紧密相连的核壳结构快速传热至核层VO₂颗粒，导致其升温发生相变，以此来降低使VO₂发生相变所需的环境温度，提高VO₂的热响应速度，缩短相变反应时间，达到高效热致变色的效果。

技术领域：

本发明涉及节能环保新材料领域，具体涉及一种核壳结构的高效热致变色纳米复合粉体及其制备方法。

背景技术：

随着全球不可再生能源日益枯竭以及传统石化能源污染问题的不断加剧，新能源的开发和利用已成为世界各国的研究热点和发展趋势。太阳能不仅资源丰富，取之不尽用之不竭，而且对环境无任何污染，是一种完美的清洁能源。太阳能最普遍的利用方式是采光照明，但是我们在利用太阳光(可见光波段)采光的同时也会透过太阳光(近红外波段)的热量。夏季温度较高时，我们希望能够阻挡红外区的热量进入室内以减少空调负荷，冬天温度较低时，室内又需要摄入更多的红外区热量来取暖。因此，研制一种根据季节变化对太阳光调控，智能高效利用太阳能，具有热致变色功能的材料显得尤为重要。

二氧化钒(VO₂)是一种最常见的热致变色材料，低温状态下为半导体，对红外区是透过的，高温状态下为金属相，对红外区有屏蔽的效果。VO₂制成薄膜后在高低温的相变过程中，其可见光区可保持较高的透过率。将VO₂应用于玻璃门窗上，通过感知环境温度的变化，可智能调控入射光的透过、反射或吸收，在一年四季中充分利用太阳光，实现了智能高效利用太阳能的目的。传统的VO₂热致变色玻璃是采用物理法(磁控溅射等)制备的，但是这种方法成本高、工艺复杂、难以实现大面积生产。另一种是采用化学法先合成VO₂纳米粉体，再将纳米粉体与高分子复合配制成浆料或混合液，可均匀涂覆在玻璃或塑料膜表面，得到具有热致变色功能的玻璃或塑料膜，最终应用于玻璃门窗上。与前一种方法相比，后者具有成本低廉、工艺简单、易大规模生产、应用广泛等优势。然而，VO₂的相变温度高，热响应迟缓等缺点，大大阻碍了其实际应用。中国专利CN102120615A公开了一种热致变色二氧化钒材料的制备方法和应用，其图12可以看出升温过程相变温度高达72℃，极大的限制了其实际应用。中国专利CN102295312B、CN104030356B和CN104030355B通过掺杂W等元素可以降低二氧化钒的相变温度，但同时降低了二氧化钒的结晶性和相变潜热，抑制了其太阳光调节性能，导致其节能效率大大降低。而针对提高VO₂的热响应特性，缩短相变响应时间，至今鲜有研究。

发明内容：

本发明的目的是针对现有VO₂热致变色材料相变温度高、热响应差的问题，提供一种核壳结构的高效热致变色纳米复合粉体及其制备方法，该复合粉体以VO₂为核层，钨青铜化合物为壳层的，利用钨青铜的红外吸收特性，使颗粒壳层吸热，通过紧密相连的核壳结构快速传热给核层VO₂使其升温发生相变，从而提高VO₂的热响应速度，缩短相变响应时间，并且降低了使VO₂发生相变所需的环境温度。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：