[发明专利]一种单分散二氧化钒纳米颗粒涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单分散二氧化钒纳米颗粒涂层，由椭球状二氧化钒纳米颗粒呈单分散状态随机分布而成；所述涂层具有单层结构，厚度约30‑70nm；所述椭球状二氧化钒纳米颗粒的三维尺寸分布为20～200nm，颗粒与颗粒之间由空气隔开，水平间距为50～300nm；制备过程包括将五价钒化合物与二水合草酸混合在去离子水中进行氧化还原反应制备草酸氧钒溶液；向草酸氧钒水溶液中加入模板剂，充分搅拌后超声处理，得到均匀稳定的镀膜液；将所得镀膜液均匀旋涂在清洗干净的玻璃基片上，干燥后得前驱体薄膜；将所得前驱体薄膜置于管式炉中退火得到单分散二氧化钒纳米颗粒涂层。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种单分散二氧化钒纳米颗粒涂层。

背景技术

二氧化钒(VO₂)被认为是一种非常有应用前景的热致变色材料，因为其在68℃附近会发生从高温金属相(R相)到低温半导体相(M相)的可逆相变，其晶体结构从四方金红石结构转变为单斜结构，伴随着晶体结构的转变，二氧化钒的电学、光学和磁学性能会发生突变。这一系列特殊性质使得M相二氧化钒在智能窗、热敏电阻开关、红外探测器、光电开关材料等领域展现出非常可观的应用前景。其中研究人员对其在智能窗领域的应用研究甚广因二氧化钒薄膜基热致变色智能窗具有优异的节能性能。

目前困扰着二氧化钒薄膜在智能窗领域应用的难题是本征二氧化钒薄膜的光学性能较差，包括可见光透过率较低，太阳光调节效率不理想，难以满足智能窗的应用要求(可见光透过率高于60％，太阳光调节效率高于10％)。为了解决这些难题，科研技术人员采取了多种方法，包括制备多孔二氧化钒薄膜、二氧化钒复合薄膜、多层薄膜、掺杂二氧化钒薄膜等。其中多孔薄膜的设计和制备被认为是提高二氧化钒薄膜可见光透过率最有效的方法，其增加可见光透过率的原理是通过增加薄膜中气孔的含量来降低薄膜的折射率。但是传统的多孔薄膜只能提高薄膜的可见光透过率，而无法同时提高薄膜的太阳光调节效率。为了增加薄膜的太阳光调节效率只能增加薄膜的厚度，但是薄膜厚度的增加又反过来降低薄膜的可见光透过率，薄膜的可见光透过率和太阳光调节效率无法同时提高而得到具有优异光学性能的二氧化钒薄膜。

发明内容

本发明目的在于提供一种单分散二氧化钒纳米颗粒涂层及其制备方法，该涂层不仅具有优异的可见光透过率，同时具有可观的太阳光调节效率。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种单分散二氧化钒纳米颗粒涂层，由椭球状二氧化钒纳米颗粒呈单分散状态随机分布而成；所述涂层具有单层结构，厚度约30-70nm；

所述椭球状二氧化钒纳米颗粒的三维尺寸分布为20～200nm，颗粒与颗粒之间由空气隔开，水平间距为50～300nm。

上述单分散二氧化钒纳米颗粒涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)将五价钒化合物与二水合草酸混合在去离子水中进行氧化还原反应制备草酸氧钒溶液；向草酸氧钒水溶液中加入模板剂，充分搅拌后超声处理，得到均匀稳定的镀膜液；

2)将所得镀膜液均匀旋涂在清洗干净的玻璃基片上，干燥后得前驱体薄膜；

3)将所得前驱体薄膜置于管式炉中退火得到单分散二氧化钒纳米颗粒涂层。

按上述方案，步骤1)中所述五价钒化合物为五氧化二钒、偏钒酸盐中的一种。

按上述方案，步骤1)中五价钒化合物与二水合草酸的摩尔比例为1：(1～3)。

按上述方案，步骤1)中氧化还原反应在80～120℃反应2～12h。

按上述方案，步骤1)中所述草酸氧钒水溶液的浓度为0.05～0.5mol/L。

按上述方案，步骤1)中所述模板剂为聚乙二醇、氨基树脂、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合物，所述模板剂的加入量为草酸氧钒水溶液质量的2～10％。