[发明专利]一种掺杂三氧化二钒粉粉体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种掺杂三氧化二钒粉粉体材料的制备方法，属于无机功能材料领域。

背景技术

三氧化二钒晶体(V₂O₃)大约在160K呈现“金属—绝缘体相变”，即(MIT)现象。V₂O₃有两个与温度相关的相变点，在约160K发生低温反铁磁绝缘相(AFI)到高温顺磁金属相(PM)的一级相变，电阻率变化呈负温度系数电阻(NTC)特性，即电阻值随温度的升高而减低。在约550K的温度处发生低温顺磁金属相(PM)到高温顺磁绝缘相(PI)的二级相变，相变时电阻率变化呈正温度系数电阻(PTC)特性即随温度的升高而升高。伴随着相变的发生，除电阻率发生变化外，V₂O₃晶体的磁化率、光透射率和反射率等物理性能也产生突变。这些物理性质的突变表现得非常优异，尤其是单晶V₂O₃在低温一级相变时电阻率突变甚至达7个数量级。通过掺杂得到的掺杂三氧化二钒可有效改变其相转变温度，更有利于拓展其应用范围。因此，掺杂V₂O₃在光电开关、PTC材料、温度传感器和电流整流器等方面有着广泛的应用。

目前关于掺杂V₂O₃的制备方法主要有两大类：物理方法和化学方法。物理方法主要有：脉冲激光沉积法、物理气相沉积法、磁控溅射法、激光诱导气相沉积法等。但这类方法存在较多的缺点，如设备昂贵，工艺过程复杂，制备的产物少，能耗比很大，不适宜于工业生产与应用。化学方法主要有：化学气相沉积法、溶胶凝胶法（Sol-Gel）、热分解法、化学沉淀法，水热反应法等；在这些方法中，其中水热反应法由于过程简单，容易控制，可以适应大规模的生产而备受关注。而目前采取的水热法制备掺杂V₂O₃还存在一些缺点：制备成本高，污染环境，掺杂原子不能有效地掺杂到V₂O₃晶体中，不适宜工业大规模生产等。另外，利用廉价的偏钒酸铵为初始原料，经过草酸处理转化为配合物，再经过还原剂水热处理得到VO₂，然后煅烧转化生成V₂O₃，这种方法目前还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备掺杂V₂O₃粉体材料的方法，该方法工艺过程简单、产品质量好、成本低廉、环境友好、易于控制，可以实现大规模工业生产。

本发明的技术方案是：

一种掺杂三氧化二钒粉粉体的制备方法，包括以下步骤：

（1）将偏钒酸铵、蒸馏水、草酸和掺杂剂混合，形成溶液，其中草酸与偏钒酸铵的摩尔比在0.5～8.0之间；

（2）将步骤（1）的所得溶液转移入聚四氟乙烯水热釜中，在150～280℃下进行水热反应3～168h，然后经出料、离心、洗涤以及干燥，得粉体材料；

（3）将步骤（2）得到的粉体材料，在惰性气氛中550～1000℃煅烧1～12h，即得到掺杂三氧化二钒粉体材料。

本发明方法中，掺杂剂选用Cu、Cr、Al、Ba、Ca、Ti、Hf、Zr、Cd、Fe、Co、Ni或Re中一种或几种的可溶性盐。

上述步骤（1）中草酸与偏钒酸铵的物质的摩尔比优选为1.5～4.5。

上述步骤（2）中水热反应温度范围优选180～240℃；水热反应时间优选12～96h。

上述步骤（3）中惰性气氛为高纯氩气（99.999%）或高纯氮气（99.999%），煅烧温度优选650～850℃，煅烧时间优选3～8h。

按本发明方法制备的掺杂三氧化二钒的结构为：(V_1-xM_x)₂O₃，其中M为掺杂元素，即Cu、Cr、Al、Ba、Ca、Ti、Zr、Cd、Fe、Co、Ni或Re中的一种或两种以上的混合物，0≤x≤0.1。

与现有技术相比较，本发明方法的优点是：

(1)能够实现低成本制备掺杂V₂O₃粉体材料；

(2)原料简单，绿色环保；

(3)工艺过程简单、产品质量好、易于控制，可以实现大规模工业生产。

附图说明