[发明专利]二氧化钒智能温控薄膜制备用有机钒源及该薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钒智能温控薄膜制备用的有机钒源、及利用所述有机钒源制备二氧化钒智能温控薄膜的制备方法，属于功能材料和节能技术领域，具体涉及一种通过有机钒源前驱体以溶胶-凝胶法制备二氧化钒粒子组装膜的工艺。

背景技术

随着我国城市化进展、城镇建设的推进，建筑能耗增长迅猛。据统计，我国建筑能耗在社会各类总能耗中所占比例已达30%，在全世界范围内能源紧缺的情况下，建筑节能已成为世界各国共同关注的重大问题。建筑能耗首当其冲的是建筑用玻璃能耗，尤其是对于玻璃面积大的现代化建筑，例如对于玻璃面积占建筑面积达15%时，通过普通玻璃损失的热量可高达70%。因此开发节能玻璃，尤其是智能型节能玻璃具有重大经济、社会效益。

钒的氧化物是多价态、多晶相的复杂体系，其晶体结构多达10余种，主要包括B相、A相、M相和R相等。目前，研究最多的是具有热致变色性能的M/R相二氧化钒（VO₂），其可以广泛应用于智能窗户涂层、光电开关、热敏电阻和光信息存储等领域。二氧化钒作为一种具有热致相变特性的功能材料，其在一定的温度下（本征为68℃）可发生由低温半导体相到高温金属相的可逆相变，并伴随着由近红外透过到近红外反射的转变。因此涂覆VO₂薄膜的玻璃窗能够在高温时（夏天）阻挡红外辐射的热量进入室内，在低温时（冬天）则允许室外红外辐射热量进入，从而可以大大减少了室内能源的消耗。

而相比于传统的Low-E玻璃涂层，二氧化钒（VO₂）智能温控薄膜具有成本低、易液相合成、双向可逆调控等诸多优点。

已知，复合薄膜的制备常采用沉积法，参见J. Nag, R.F. Haglund, Synthesis of vanadium dioxide thin films and nanoparticles, Journal of Physics-Condensed Matter, 20 (2008) 264016及吴自勤，王兵，薄膜生长，2001，科学出版社，北京，其公开了化学气相沉积（CVD）、溶胶凝胶（sol-gel）、溅射（spputering）、脉冲激光沉积（PLD）等。采用不同的制备方法在不同的衬底上所制备的VO₂薄膜的微观结构及其光学、电学、磁学特性都有较大差别。其中溅射法一般以纯度很高的V（V₂O₅或V₂O₄）为靶材，用O₂－Ar－H₂或O₂－N₂（O₂，Ar）等离子体溅射，然后在惰性气氛中退火形成VO₂薄膜。衬底可用C－Si片、SiO₂/Si、蓝宝石单晶等材料，加热温度一般在250－550℃。其衬底温度、气体分压及退火工艺是影响所制备VO₂薄膜性能的主要因素。气相沉积法是利用气态物质在气相或气固界面上发生化学反应，生成固态沉积物的过程来制备分布均匀的VO₂薄膜。其沉积速率受基片与蒸发源间的距离、蒸发源的温度以及系统填充气N₂的分压等影响。脉冲激光沉积法是将脉冲激光器所产生的高功率脉冲光束聚焦于靶材表面，产生高温高压等离子体，等离子体定向局域膨胀发射，并在衬底上沉积而形成薄膜的过程。溶胶-凝胶法制备VO₂薄膜可分为两大类：V₂O₅水淬溶胶法和有机盐溶胶法。水淬溶胶法将V₂O₅在加热炉中完全熔融，然后将其倒入蒸馏水中制成溶胶和凝胶，再涂敷在不同的衬底上获得干胶膜，最后退火处理即获得VO₂薄膜。有机盐溶胶-凝胶法早期是将异丙基氧化钒溶于有机溶剂中，配制成溶胶，再涂敷在衬底上进行退火处理。溶胶-凝胶法具有操作简单、成本低廉、易于获得大面积薄膜等优点。

水淬溶胶法和有机盐溶胶凝胶法相比，其中水淬溶胶法在操作过程中存在较大的危险性，同时毒性较大；而有机钒源的合成复杂困难，成本偏高，同时其在涂膜过程中需要干燥无水环境。因此合成一种制备简单、易于操作的有机钒源对于简化溶胶-凝胶工艺是至关重要。