[发明专利]一种三维有序多孔网络状结构的VO2

说明书

本发明公开了一种三维有序多孔网络状结构的VO₂薄膜及其制备方法和应用，该方法首先通过垂直浸渍法将聚苯乙烯微球堆叠在玻璃衬底上，形成制备VO₂薄膜的模板，将该模板浸泡在VO₂前驱体溶液中，使得前驱体溶液中V₂O₅充分填满聚苯乙烯微球之间的缝隙，通过后续的干燥、退火工艺，使得V₂O₅转化为VO₂，同时聚苯乙烯微球受热蒸发，VO₂形成三维有序多孔网络状；该薄膜具有完整的三维有序多孔网络状结构。因为整个结构中有孔洞，使得当某一个骨架上的VO₂颗粒之间产生断裂时，因为孔洞将其隔开，使得破裂的力被阻隔开，使得相变应力被稀释。

【技术领域】

本发明属于VO₂热致相变智能玻璃领域，涉及一种三维有序多孔网络状结构的VO₂薄膜及其制备方法和应用。

【背景技术】

我国面临着巨大的能源消耗和能源危机，其中建筑能耗约占38％，而空调约占建筑能耗的55％。空调主要用于室内的制冷制热，维持适宜温度，但其所带来的能源消耗不容忽视。如何找到一种既节能又环保的调控室内温度的方式是一个亟待解决的问题。

VO₂具有优异的热致相变性能，当温度低于相变温度时，其晶体为单斜结构的绝缘体相(VO₂(M))，当温度升高到相变温度以上时，便转变为四方结构的金属相(VO₂(R))。其物理性质，如，电阻率、磁化率和光学性能等也会发生突变，尤其是红外和近红外波段的透射率变化显著，且此过程完全可逆，在辐射热测定器、光开关器件、光存储器件和高效能智能玻璃等技术领域具有巨大的潜在应用前景。将VO₂应用于智能玻璃可以感知环境温度变化并做出响应，其原理为：当环境温度低于相变温度时，VO₂表现为绝缘体相且具有高的红外光透射率，随着光照时间延长，室内温度逐渐升高，倘若室内温度高于相变温度，VO₂将转变成金属相，对红外光产生强烈的反射作用，故红外透射率急剧降低，其被动反馈作用即可维持室内温度恒定。与空调相比，无需消耗电能，将节约大量能源。

如何大幅度提高VO₂对红外波段的调控能力并调整其相变温度是其应用的关键技术问题。本质上，当VO₂随温度发生单斜-四方相变时，必然伴随着体积变化，由此反复引入的应力作用可能导致薄膜产生裂纹甚至从玻璃基体剥落。因此，如何制备光调制能力强、可释缓相变应力且结构均匀的VO₂薄膜是其应用亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种三维有序多孔网络状结构的VO₂薄膜及其制备方法和应用。该薄膜通过垂直浸渍法制备出VO₂薄膜的模板，将VO₂填充到模板中，最终形成三维有序多孔网络状结构的VO₂薄膜。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种三维有序多孔网络状结构的VO₂薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗处理玻璃衬底；

(2)通过垂直浸渍法将聚苯乙烯微球附着在玻璃衬底上，形成制备VO₂薄膜的模板；

(3)以V₂O₅为钒源，以CH₃OH和HCl的混合溶液为溶剂，以N₂H₄为还原剂，配制摩尔浓度为10～100mmol/L的VO₂前驱体溶液；