一种热致变红外发射率二氧化钒薄片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热致变红外发射率二氧化钒薄片的制备方法，采用偏钒酸盐、柠檬酸和去离子水为初始原料，按一定量的比例搅拌混合均匀后，转移到水热釜中进行水热反应，待反应结束后，经过离心、洗涤和真空干燥后得到纳米二氧化钒粉体，然后将粉体压制成薄片，经退火处理后即得热致变红外发射率二氧化钒薄片。本发明专利技术的制备工艺简单、采用的原材料无毒、成本较低、产物的结晶性较好；制得的二氧化钒薄片能够实现室温附近红外发射率的突变，突变值可达0.34，薄片的机械强度较高，不易断裂，便于机械加工，在实际应用中可以加工成不同尺寸的薄片直接粘贴到所需部位，使用方便，在红外隐身和军事伪装领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机功能材料领域，涉及热致变红外发射率材料的制备方法，具体涉及一种热致变红外发射率二氧化钒薄片的制备方法。
技术介绍
热致变红外发射率材料是一种智能材料，其自身红外发射率能够根据环境温度的变化而自主调节，在军事伪装和热控领域具有广泛的应用。在军事伪装领域，随着侦察水平和多波段数据获取、融合和处理速度的不断提高，传统伪装器材的固定信号特征匹配技术面临很大的挑战，如果伪装器材的红外特征固定不变，当外界环境发生变化时，伪装器材的特征信号就会出现与背景不吻合的情况，可导致目标在长时段内暴露；而热致变发射率材料随着温度的变化可自主改变自身的发射率，主动调节自身辐射强度，使得目标和背景始终相融合，具有优异的红外自适应伪装性能。在热控领域，随着航天技术的快速发展，通过采用热致变红外发射率材料使得卫星表面在昼夜时段显现不同的发射率，进而调控不同时段卫星的热辐射强度来平衡舱内的热量，能够动态适应空间环境变化的新型热控技术越来越受到人们的重视。二氧化钒是一种具有热致变发射率性质的功能材料，其相变温度接近于室温，在相变温度处发生金属-绝缘体转变并伴有光电性能的突变,相变前后其红外发射率变化可达0.6。因此，利用二氧化钒材料的红外发射率设计调控目标的红外辐射强度，使其红外特性随环境和天候条件改变而自动调节，从而可以实现最佳红外隐身效果。目前二氧化钒粉体的制备方法主要有：热分解法、激光诱导气相沉积法、溶胶凝胶法、化学沉淀法和水热法等，其中水热法是指在高温高压的环境下，在水溶液中进行有关化学反应的方法，该方法由于制备过程污染较小，能量消耗少，并且能够获得粒径分布窄、团聚程度低、晶格发育完整、纯度较高的粉体而被广泛关注，是在较低温度下获得高温相的一个很有前景的方法。然而现有的VO2粉体水热制备法通常先水热合成B相、D相等的VO2粉体，然后再高温相转变为M相的VO2粉体，存在工艺过程复杂、耗时长和能耗高等问题，如CN102502824A号中国专利公开了一种二氧化钒及其掺杂粉体的制备方法，先利用水热法制备得到VO2(B相)粉体，然后在高纯氩气或氮气的氛围中，在400℃～700℃下煅烧得到VO2(M相)粉体。基于以上的问题，通过采用一步水热法来合成VO2(M相)粉体逐渐受到了大家的关注，CN101391814A号中国专利公开了一种金红石相二氧化钒粉体的制备方法，在200℃～300℃下水热反应1～7天直接合成金红石相VO2粉体，但是该方法耗时较多，不能满足生产所需要的快速简便的制备要求，并且采用的原料包括剧毒物V2O5粉体，无法达到环境友好的要求。现有技术中二氧化钒粉体的制备大多使用掺杂剂，主要是通过掺杂来降低二氧化钒的相变温度，然而掺杂会引起单斜相二氧化钒粉体的能隙结构发生变化，进而对材料的光吸收以及光学调控性能产生影响，因此与掺杂的VO2粉体相比，纯单斜相的VO2粉体相变前后红外发射率的变化量更大，具有更优的红外调控性能，更有助于实现其在红外隐身中的应用。另外，现有技术中二氧化钒粉体的应用主要是通过将其做成涂层，然而做成涂层需要添加树脂、稀释剂和助剂等，影响其红外发射率的变化量，从而影响其使用性能，刘东青等(参见刘东青,郑文伟,程海峰,刘海韬,杜盼盼.热致变发射率VO2涂层研究及应用[J].新技术新工艺,2008(11):117-119)将VO2粉体制备了VO2涂层，VO2涂层在相变点68℃附近发射率发生突变，突变量为0.1，但是涂层的发射率突变值仍然较小，限制了其应用。因此，亟需开发一种原料无毒、成本低廉、简便高效、红外发射率突变值高的纯单斜相二氧化钒材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种热致变红外发射率二氧化钒薄片的制备方法，该方法制备工艺简单，采用的原材料无毒，生产成本低，产物的结晶性良好；制得的薄片为单斜相结构的纳米材料，具有纳米尺寸效应，能够实现接近室温(约68℃)的红外发射率突变，发射率最大突变值为0.34，使用时可以将薄片直接粘贴到所需部分，在红外隐身和军事伪装领域具有广阔的应用前景。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种热致变红外发射率二氧化钒薄片的制备方法，包括以下步骤：(1)将偏钒酸盐、柠檬酸和去离子水进行混合，搅拌形成溶液，然后将所得溶液转移到水热釜中进行水热反应；(2)将步骤(1)水热反应结束后所得的产物进行离心，离心后得到的产物依次用去离子水和无水乙醇交替洗涤、真空干燥，得到二氧化钒粉体；(3)将步骤(2)得到的二氧化钒粉体先压制成薄片，然后再在氩气气氛中进行退火处理，即得所述的热致变红外发射率二氧化钒薄片。上述制备方法中，优选的，所述步骤(3)中，将二氧化钒粉体压制成直径为20mm的薄片，压制压力为16MPa～20MPa。上述制备方法中，优选的，所述步骤(3)中，退火温度为500℃～800℃，在退火温度下的退火时间为4h～10h。更优选的，所述退火温度为600℃～700℃，具体退火程序为：(a)从室温升温至600℃～700℃，升温速率为5～8℃/min；(b)在600℃～700℃保温4h～6h；(c)降温至室温，降温速率为4～6℃/min。上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，偏钒酸盐选自偏钒酸铵、偏钒酸钾中的至少一种，偏钒酸盐和柠檬酸的摩尔比为0.5～3:1，水热釜的填充率为45％～85％。所述水热釜的填充率是指水热釜中加入的物质总体积占水热釜体积的百分数。更优选的，所述偏钒酸盐和柠檬酸的摩尔比为1～2:1，所述水热釜的填充率为60％～85％。上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，水热反应温度为165℃～285℃，反应时间为4h～48h。更优选的，所述水热反应温度为245℃～285℃，反应时间为8h～16h。上述制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，离心后得到的产物依次用去离子水、无水乙醇交替洗涤3次；真空干燥的温度为50℃～100℃，干燥时间为8h～15h。更优选的，所述真空干燥的温度为60℃～80℃，干燥时间为10h～12h。本专利技术二氧化钒粉体的制备采用一种无毒原材料偏钒酸盐和还原性较强的柠檬酸反应，采用一步水热法就能高效制备得到单斜相的VO2粉体(水热反应时间可缩短至8～16小时)，大大降低了制备时间，有利于工业生产中的大规模制备；制得的二氧化钒粉体为纳米颗粒(详见图3)，由于其尺寸远小于红外波长，因此与常规微米尺寸的二氧化钒颗粒相比，其透射率要大得多，从而减少了反射率，导致其红外发射率更小，能够更好的实现红外隐身功能，具有纳米尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热致变红外发射率二氧化钒薄片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将偏钒酸盐、柠檬酸和去离子水进行混合，搅拌形成溶液，然后将所得溶液转移到水热釜中进行水热反应；(2)将步骤(1)水热反应结束后所得的产物进行离心，离心后得到的产物依次用去离子水和无水乙醇交替洗涤、真空干燥，得到二氧化钒粉体；(3)将步骤(2)得到的二氧化钒粉体先压制成薄片，然后再在氩气气氛中进行退火处理，即得所述的热致变红外发射率二氧化钒薄片。

【技术特征摘要】
1.一种热致变红外发射率二氧化钒薄片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将偏钒酸盐、柠檬酸和去离子水进行混合，搅拌形成溶液，然后将所得溶液转移到
水热釜中进行水热反应；
(2)将步骤(1)水热反应结束后所得的产物进行离心，离心后得到的产物依次用去离子水
和无水乙醇交替洗涤、真空干燥，得到二氧化钒粉体；
(3)将步骤(2)得到的二氧化钒粉体先压制成薄片，然后再在氩气气氛中进行退火处理，
即得所述的热致变红外发射率二氧化钒薄片。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将二氧化钒粉体压制成
直径为20mm的薄片，压制压力为16MPa～20MPa。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，退火温度为500℃～800℃，
在退火温度下的退火时间为4h～10h。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述退火温度为600℃～700℃，具体退
火程序为：(a)从室温升温至600℃～700℃，升温速率为5～8℃/min；(b)在600℃～700℃保温
4h～6h；(c)...

【专利技术属性】
技术研发人员：嵇海宁，刘东青，程海峰，张朝阳，郑文伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43