一种光谱局域修饰的热色纳米复合粉体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光谱局域修饰的热色纳米复合粉体及其制备方法。该粉体是由VO2层、贵金属层、透明氧化物层组成的多层复合核壳结构，其中VO2层作为核层，贵金属层与透明氧化物层分别位于第二层或者第三层。本发明专利技术通过在二氧化钒纳米粒子表面包覆贵金属层和透明氧化物层，不仅可以提高二氧化钒纳米颗粒的稳定性，还可以调节二氧化钒纳米粉体的光谱特性，调节其透射色和反射色，以达到改善其二氧化钒粉体颜色的目的。该粉体可广泛用于隔热涂层和贴膜等领域，可应用于智能节能涂层，也可以用于玻璃以及外墙等隔热场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工领域及材料领域中的热致变色功能性复合纳米粉体及其制备方法。技术背景在我国，建筑能耗占社会总能耗的30%左右，其中采暖和空调的能耗占建筑能耗的55 %。在现代建筑中，玻璃占外墙的面积比例越来越大，据测算通过玻璃窗进行的热传递在冬夏季节分别占48%和71 %。若采用空调调节室内温度，制冷温度提高2度，制冷负荷减少约20%;制热温度调低2度，制热负荷减少约30%，通过在玻璃上贴隔热膜或涂布隔热涂层可大幅减少能耗。二氧化钒是可以发生可逆相变的材料，在相变前后，其光学性质发生显著的变化。当温度高于相变温度时，二氧化钒为金属态的R相，可以阻挡太阳中的红外线，当温度低于相变温度时，二氧化钒为半导体态的M相，可以让太阳光无遮挡通过。因此，利用二氧化钒的温度开关效应，可以制备完全智能的节能窗口系统。目前，制备热致变色智能窗玻璃主要有两种，一种是采用磁控溅射制备VO2薄膜，另一种是采用化学合成VO2纳米粉体，再将粉体制成涂料，涂敷于玻璃表面或透明塑料上，得到具有节能效果的玻璃或贴膜。光学计算(J.Appl.Phys.，2010，108，063525)表明，若能将二氧化钒纳米粉体分散于其他透明基质，可在保留二氧化钒光学调控性能的基础上，提高可见光透过率至实用水平，该方法所制备的薄膜，方法简单，便于规模化，不但可以对现有玻璃窗进行节能改造，还可以涂覆于不同衬底上，扩大二氧化钒薄膜的应用性。然而，由于二氧化钒在可见光区的吸收比较大，呈现土黄色，不易被人们所接收，因此，改善二氧化钒在使用过程中的颜色具有重要的实用价值。对于溅射沉积的薄膜，专利CN101269918B公开了利用多层膜结构设计，改善二氧化钒薄膜的反射和透射光谱的方法，但是由于多层膜的设计是全光谱的修饰，在改善可见光区光谱的同时也会对其它波段产生影响，且工序复杂，会极大的提高薄膜的成本。专利CN101205120BG公开了贵金属纳米粒子对溅射沉积的二氧化钒薄膜的光谱局域修饰特性，利用贵金属在可见至红外波段的局域等离子共振吸收峰，可以对光谱进行局域修饰而不影响其它光谱区的特性。然而，对于由二氧化钒粉体形成的薄膜光谱的修饰，至今仍是一片空白。
技术实现思路
本专利技术通过对二氧化钒纳米粉体表面进行局域光谱修饰，从实现对二氧化钒粉体形成的薄膜光谱的局域修饰，以此达到改善薄膜的透射色和反射色的目的。采用二氧化钒粉体与其它透明基质复合制备薄膜的方法，具有成本低，易于大规模化的特点，不仅可以用于原有玻璃窗的节能化改造，并且可以涂敷于不同衬底上，扩大了二氧化钒的应用性。但是由于二氧化钒的本征吸收和高的折射率，导致二氧化钒的涂层在可见光区域的透过率比较低，涂层颜色呈土黄色，不受大众欢迎，因此，改善二氧化钒的可见光透过率和涂层的反射色，具有很重要的应用价值。本专利技术核心创新点是利用贵金属改性智能二氧化钒复合粉体，同时通过形成的核壳结构对提高二氧化钒粉体的稳定性和抗氧化性也具有很好的效果。本专利技术提供一种光谱局域修饰的热色纳米复合粉体，由VO2层、贵金属层、透明氧化物层组成的核壳结构，其中VO2层作为核层，贵金属层与透明氧化物层分别位于第二层或者第三层，优选为透明氧化物为第三层。所述的VO2层为M/R相的二氧化钒纳米粉体，其三维尺寸中最小的尺寸不超过IOOnm,优选为三个维度上尺寸不大于lOOnm，其形状可为近球形，椭圆形，薄片状，方块状，多边形，圆柱形等，相变温度在-20-70oC可调，优选为25-60oC可调。所述的贵金属层选自金，银，铜中的一种，贵金属层的厚度不大于50nm，考虑到贵金属层对可见光的调节效果，进一步的优选为不大于20nm。所述的透明氧化物层选自氧化钛，氧化硅，氧化铝，氧化铈，氧化锡，氧化锌，氧化锆，氧化铌，氧化钽，氧化铪，氧化钪，氧化铟，氧化钇中的一种。氧化物层的厚度小于lum，优选为不大于lOOnm。本专利技术还提供上述光谱局域修饰的热色复合纳米粉体的制备方法，包括以下步骤:(I)将二氧化钒粉体分散于含有分散助剂的分散介质中，得到混合物A ;(2)在所述的混合物A中加入含有贵金属离子的溶液以及还原剂，搅拌后，反应得到包裹了贵金属的二氧化f凡纳米粉体；(3)把包裹了贵金属的二氧化钒纳米粉体加入含有分散助剂的分散介质中，得到混合物B ；(4)在混合物B中加入含有透明氧化物前驱体的溶液，经反应后，得到依次包覆贵金属和透明氧化物的二氧化钒粉体。以上工序得到的是VO2层作为核层，贵金属层位于第二层，透明氧化物层位于第三层的产物。要得到透明氧化物层位于第二层，贵金属层位于第三层的二氧化钒粉体，只需要把工序⑵和⑷调换即可。在工序⑴或(3)中的分散介质为甲醇，乙醇，异丙醇，乙酸乙酯，乙酸丁酯，甲苯，氯仿，二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，二氯乙烷，丙酮中的一种。其中，二氧化钒粉体与分散介质的重量比为1:1-1:1000，更优选的为1:5-1:100。在工序(I)或(3)中加入的分散助剂可以是聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，有机硅表面活性剂，含氟表面活性剂中的一种。在工序(I)或(3)中加入分散介质的0.02-2重量％的所述分散助剂。贵金属层由含有贵金属离子的溶液与还原剂反应得到，金属离子溶液选自氯金酸，硝酸银，硝酸铜中的一种，还原剂优选为硼氢化钠。所述的氧化物由透明氧化物前驱体得到，所述透明氧化物前驱体选自钛酸丁酯，异丙醇钛，正硅酸乙酯，正硅酸甲酯，硝酸铝，氯化铈，氯化锡，二氯氧锆，硝酸锌，醋酸锌，氯化铌，氯化钽，氯化铪，氯化铟，氯化钇中的一种。本专利技术利用贵金属改性智能二氧化钒复合粉体，对二氧化钒纳米粉体表面进行局域光谱修饰，从实现对二氧化f凡粉体形成的薄膜光谱的局域修饰，以此达到改善薄膜的透射色和反射色的目的。此外，由于二氧化钒纳米粉体在潮湿的空气中易于氧化，从而影响其性能并会缩短材料的使用寿命，因此二氧化钒纳米粉体表面包裹贵金属层不仅能修饰二氧化钒的光谱特性，更可以对二氧化钒粉体起到保护作用。本专利技术通过在二氧化钒纳米粒子表面包覆贵金属层和透明氧化物层，不仅可以提高二氧化钒纳米颗粒的稳定性，还可以调节二氧化钒纳米粉体的光谱特性，调节其透射色和反射色，以达到改善其二氧化钒粉体颜色的目的。该粉体可广泛用于隔热涂层和贴膜等领域，可应用于智能节能涂层，也可以用于玻璃以及外墙等隔热场合。【附图说明】图1为本专利技术所制备的光谱局域修饰的热色纳米复合粉体的示意图，其中图a为Ii2i3结构，图b为1@3@2结构。其中I为VO2层，2为贵金属层，3为透明氧化物层。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】进一步说明本专利技术。本专利技术的方法，包括步骤:(1)将二氧化钒粉体分散于含有分散助剂的分散介质中，得到混合物A ； (2)在所述的混合物A中加入含有贵金属离子的溶液和还原剂，搅拌后，反应得到包裹了贵金属的二氧化钒纳米粉体；(3)把包裹了贵金属的二氧化钒纳米粉体加入含有分散助剂的分散介质中，得到混合物B ； (4)在混合物B中加入含有透明氧化物前驱体的溶液，经反应后，得到依次包覆贵金属和透明氧化物的二氧化钒粉体。要得到贵金属在透明氧化物之上的二氧化钒粉体，只需要把工序(2)和(4)调换即可。具体地，可将重量百分比含量为1-50%的二氧化钒粉体和50-99%的含有分散助剂的分散介质先超声分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱局域修饰的热色纳米复合粉体，其特征在于，该粉体是由VO2层、贵金属层、透明氧化物层组成的多层复合核壳结构，其中VO2层作为核层，贵金属层与透明氧化物层分别位于第二层或者第三层。

【技术特征摘要】
1.一种光谱局域修饰的热色纳米复合粉体，其特征在于，该粉体是由￥02层、贵金属层、透明氧化物层组成的多层复合核壳结构，其中VO2层作为核层，贵金属层与透明氧化物层分别位于第二层或者第三层。2.根据权利要求1所述的光谱局域修饰的热色纳米复合粉体，其特征在于，所述的VO2层为M/R相的二氧化钒纳米粉体，其三维尺寸中最小的尺寸不超过lOOnm。3.根据权利要求1或2所述的光谱局域修饰的热色纳米复合粉体，其特征在于所述的贵金属层选自金，银，铜中的一种，贵金属层的厚度为不大于50nm。4.根据权利要求1或2所述的光谱局域修饰的热色纳米复合粉体，其特征在于，所述的透明氧化物选自氧化钛，氧化娃，氧化招，氧化铺，氧化锡，氧化锌，氧化错，氧化银，氧化钽，氧化铪，氧化钪，氧化铟，氧化钇中的一种，透明氧化物层厚度小于lum。5.根据权利要求1或2项所述的光谱局域修饰的热色纳米复合粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将二氧化钒粉体分散于含有分散助剂的分散介质中，得到混合物A; (2)在所述的混合物A中加入含有贵金属离子的溶液和还原剂，搅拌后，反应得到包裹了贵金属的二氧化钒纳米粉体，贵金属离子溶液的浓度为0.1-10重量％ ； (3)把包裹了贵 金属的二氧化钒纳米粉体加入含有分散助剂的分散介质中，得到混合物B ; (4)在混合物B中加入含有透明氧化物前驱体的溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐刚，肖秀娣，柴冠麒，张华，
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