本发明专利技术提供了一种具有热色性能的氧化钒纳米柱阵列及其制备方法。该纳米阵列为核壳结构，其中内核为氧化物A，第二层为具有热色功能的VO2层，第三层为空气或氧化物B，形成氧化物A@VO2@空气或氧化物A@VO2@氧化物B结构。本发明专利技术制备方法以物理或化学法制备透明氧化物的纳米柱阵列为模板，后附着含钒的溶液再进行热处理或水热反应得到二氧化钒的纳米柱阵列，或者再在其上沉积一层氧化物的壳层，形成具有热色性能的二氧化钒三明治的纳米柱阵列。本发明专利技术中的纳米柱阵列由于孔隙率的调节和折射率的匹配，可以提高二氧化钒薄膜的整体可见光透过率和太阳能调节率，使得其更好的应用于热色智能窗领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及节能材料领域中的热致变色氧化钒纳米柱阵列及其制备方法，涉及水热处理技术和湿化学处理技术，属于节能环保新材料领域。
技术介绍
纳米材料因会产生独特的光学，电学和磁学性能，受到人们的青睐。一维纳米阵列因为其规整的纳米结构，快速的电子传输效果，在提高太阳能电池效率，增强LED的出光效率，提高储氢等方面得到了广泛的应用。二氧化钒是一种相变材料，有很多同质异构体，如A，B，C，M/R等相态。其中，M/R相在68度附近具有可逆的热致相变过程，因可以用于热色智能窗而受到青睐。然而，在V02(M/R)薄膜的制备过程中，O维和I维结构都研究比较多，但是对于垂直于基底的纳米阵列的研究仍是一片空白。Wang等人利用热蒸发的方法在硅片上得到了垂直于基底的C相VO2纳米阵列，其具有较好的紫外光催化性能和产生氢气的能力(ACS Nano, 2008, 2，1492-1496)。专利CN102994951A指出用物里气相中的倾斜沉积技术可以获得不同形状的VO2纳米阵列，可以提高VO2薄膜的可见光透过率和太阳能调节率，但是受限于设备的尺寸，可以得到的VO2纳米阵列的尺寸非常有限，且该方法得到的薄膜为非晶态，需要后续的热处理得到具有相变功能的VO2薄膜，这会导致纳米结构的坍塌和退化。Yang等人用阳极氧化的方法在钒箔上制备了厚度为20um的VO2多孔膜，具有较好的相变的性能(Adv.Mater.2012，24，1571-1575)，但是由于膜的厚度比较大且在钒箔上制备，该膜不能用于智能窗。此外，电化学方法中，由于用到具有强腐蚀性的电解液，毒性和污染程度都比较大，因此，找到一个比较温和易行的技术制备适用于智能窗的VO2纳米阵列是实施该技术的关键。 此外，VO2作为智能窗材料，可见光透过率不高和太阳能调节率不理想是制约该材料走向实用化的两大瓶颈。这主要受制于其本征吸收高和折射率比较大(折射率大于3.0)，在可见光区会产生强烈的表面反射，因此设计折射率匹配的结构以减小光学折射率和表面反射具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。面对现有技术存在的问题，本专利技术利用成熟的透明氧化物(折射率小于2.5)纳米阵列作为模板，在氧化物A阵列上生长VO2的壳层，这样得到的VO2纳米柱构成的薄膜的复合折射率得到降低，其可见光透过率可以得到提高。此外，为了对VO2层进行保护，可以再沉积一层氧化物B，形成具有三明治结构的纳米柱，这样不仅可以改善可见光的透过率和太阳能调节率，还可以提高VO2纳米柱阵列的稳定性，因此该技术制备的VO2 (M/R)纳米阵列有望应用于热色智能窗领域。本专利技术具有热色性能的氧化钒纳米柱阵列，其特征在于该纳米阵列为核壳结构，其中内核为氧化物A，第二层为具有热色功能的VO2层，第三层为空气或氧化物B，形成氧化物AOVO2O空气或氧化物AOVO2O氧化物B结构。 所述的具有热色功能的VO2 (M/R)纳米阵列垂直于基底，氧化物A的柱体的直径和间距均小于Ium,直径优选为50-500nm,间距优选为10_500nm,柱体的高度不大于200nm,优选为100-200nm ;V02层的厚度不大于lOOnm，优选为IO-1OOnm ;氧化物B层的厚度不大于lOOnm，优选为 0-100nm。较佳的，所述的具有热色功能的VO2 (M/R)纳米阵列为二氧化钒纯的或者掺杂的M相或R相，掺杂的元素选自W，Nb, Mo，Ti，Sn，Mg，F中的至少一种，掺杂元素的摩尔浓度为0_2at% ο较佳的，所述的具有热色功能的VO2 (M/R)纳米阵列氧化钒纳米柱阵列中的氧化物A或氧化物B选自氧化钛，氧化硅，氧化锆，氧化锌，氧化锡，氧化铈。本专利技术中提供的制备具有热色性能的氧化钒纳米柱阵列【vo2(m/r)纳米柱阵列】的方法，以物理或化学法制备透明氧化物的纳米柱阵列为模板，后附着含钒的溶液再进行热处理或水热反应得到二氧化钒的纳米柱阵列，或者再在其上沉积一层氧化物的壳层，形成具有热色性能的二氧化钒三明治的纳米柱阵列。当最终产物结构为氧化物AOVO2O空气时，步骤如下:(I)以水热法或物理气相沉积法在基底上制备氧化物A的纳米柱阵列；(2)将(I)所得的纳米柱阵列放入含有纯的或掺杂离子的钒的溶液中，让纳米阵列上负载上钒离子，得到负载了钒离子的纳米柱阵列；(3)把(2)的纳米柱阵列进行真空或保护气氛热处理，或放入反应釜中进行水热反应，得到VO2包裹氧化物A的纳米柱阵列；当最终产物结构为氧化物AOVO2O氧化物B结构时，还包括如下步骤:(4)把(3)中的纳米柱放入氧化物B的前驱体溶液中，马弗炉热处理或水热反应得到包裹有氧化物B的纳米柱阵列。反应进度通过监测各层厚度来控制。所述的含钒溶液选自VOSO4的水溶液，VO (acac) 2的甲醇溶液，VOC2O4的水溶液，NH4VO3的水溶液或VO(C3H7)3的异丙醇溶液中的一种，浓度不大于1M。所述的前驱体溶液选自正硅酸乙酯，钛酸丁酯，异丙醇钛，二氯氧锆，醋酸锌，氯化锡，氯化铈中的一种，浓度不大于0.1M。所述的基底选自石英玻璃，硼硅玻璃，透明导电玻璃，蓝宝石，云母片中的一种。本专利技术中的纳米柱阵列由于孔隙率的调节和折射率的匹配，可以提高二氧化钒薄膜的整体可见光透过率和太阳能调节率，使得其更好的应用于热色智能窗领域。本专利技术所制备的纳米柱阵列，由于柱体的大小和间距可调，可以产生非纳米阵列不具备的光学特性，如光学各向异性和角度选择性等，可以显著的提高VO2 (M/R)薄膜的可见光透过率和太阳能调节率，辅以核壳结构的设计，VO2(M/R)层的折射率和光反射可以进一步降低，因此VO2(M/R)柱体阵列的可见光透过率和太阳能调节率可以得到极大的提高，而三明治结构的设计，又极大的提高了 VO2 (M/R)纳米柱阵列的稳定性，因此该技术制备的VO2 (M/R)薄膜可以提高可见光透过率和太阳能调节率至实用水平。【附图说明】图1是本专利技术所描述的热色纳米阵列结构示意图。其中，I为基底，2为氧化物A或B，3为VO2 (M/R)，4为氧化物B或A【具体实施方式】以下结合具体实施例进一步阐明本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1:把FTO导电玻璃放入含有0.05M钛酸丁酯的溶液中，转入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，在150度保温30分钟，利用水热法在FTO导电玻璃上制备柱直径为90nm，柱间距为10nm，柱高度为200nm的氧化钛垂直纳米柱阵列，然后把氧化钛纳米柱阵列放入含有lat% W6+离子的0.02M VOSO4的水溶液中，转入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，在280度保温3小时，水热反应得到厚度为50nm的W6+离子掺杂的VO2 (M)包裹的氧化钛纳米柱阵列，然后把VO2 (M)纳米柱放入0.02M钛酸丁酯的溶液中，150度水热反应后得到厚度为60nm的氧化钛包裹VO2纳米柱的阵列。实施例2: 把硼硅玻璃放入含有0.02MZn2+的溶液中，转入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在80度保温10分钟，利用水热法在硼硅玻璃上制备直径为50nm，间距为lOOnm，高度为150nm的氧化锌垂直纳米柱阵列，然后把氧化锌纳米柱阵列放入含有2at% Mg2+离子的0.0I本文档来自技高网...
【技术保护点】
具有热色性能的氧化钒纳米柱阵列，其特征在于该纳米阵列为核壳结构，其中内核为氧化物A，第二层为具有热色功能的VO2层，第三层为空气或氧化物B，形成氧化物A@VO2@空气或氧化物A@VO2@氧化物B结构。
【技术特征摘要】
1.具有热色性能的氧化钒纳米柱阵列，其特征在于该纳米阵列为核壳结构，其中内核为氧化物A，第二层为具有热色功能的VO2层，第三层为空气或氧化物B，形成氧化物AOVO2O空气或氧化物AOVO2O氧化物B结构。2.根据权利要求1所述的具有热色性能的氧化钒纳米阵列，其特征在于，所述的具有热色功能的氧化钒纳米阵列垂直于基底，氧化物A的柱体的直径和间距均小于lum，柱体的高度不大于200nm ；V02层的厚度不大于IOOnm ;氧化物B层的厚度不大于lOOnm。3.根据权利要求1或2所述的具有热色性能的氧化钒纳米阵列，其特征在于，所述氧化物A的柱体直径为50-500nm，间距为10_500nm，高度为100_200nm ;V02层的厚度为IO-1OOnm ;氧化物 B 层为 O-lOOnm。4.根据权利要求1所述的具有热色性能的氧化钒纳米阵列，其特征在于，所述具有热色功能的VO2层，为二氧化钒纯的或者掺杂的M相或R相，掺杂的元素选自W，Nb，Mo，Ti，Sn，Mg, F中的至少一种，掺杂元素的摩尔浓度为0-2at%。5.根据权利要求1所述的具有热色性能的氧化钒纳米柱阵列，其特征在于，所述的氧化物A或B选自氧化钛或氧化硅，氧化锆，氧化锌，氧化锡...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖秀娣，徐刚，柴冠麒，张华，詹勇军，孙耀明，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44
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