氧化钒掺杂过渡金属氧化物制备电子相变陶瓷材料的方法技术

一种掺杂氧化钒电子相变陶瓷材料的制备方法，电子陶瓷材料与敏感电阻器件领域。通过氧化物粉体间由电流击穿下的放电烧结技术将二氧化钒与掺杂元素氧化物粉体间在非平衡状态下发生原位固相反应并共烧结成陶瓷，从而在烧结中实现对氧化钒原位掺杂。本发明专利技术通过对氧化钒母体粉体、掺杂前驱体粉体的形貌、粒径、相对含量以及烧结条件的调控，该方法能够实现对掺杂氧化钒陶瓷材料中的掺杂元素种类、掺杂量进行灵活调控与精准设计，并进一步实现对所制备掺杂氧化钒陶瓷材料金属绝缘体相变温度、室温电阻率的宽范围设计与调节。本发明专利技术材料应用于热开关、温度传感、浪涌电流抑制、热致变色涂层、红外伪装涂层、热伪装涂层等方面。热伪装涂层等方面。热伪装涂层等方面。

【技术实现步骤摘要】
氧化钒掺杂过渡金属氧化物制备电子相变陶瓷材料的方法


[0001]本专利技术属于电子陶瓷材料与敏感电阻器件领域，具体地涉及一种掺杂氧化钒电子相变陶瓷材料的制备方法。

技术介绍

[0002]二氧化钒(VO2)是一种典型的具有金属
‑
绝缘体转变(MIT)特征的强关联电子相变材料，在金属绝缘体转变温度(T
MIT
)以上表现为金属相，而低温下则表现为绝缘相【Nature,2014,Doi:10.1038/nature13865】。VO2在发生电子相变的同时，其晶体结构也发生突变，高于T
MIT
时VO2处于对称性更高的金红石相(R)，当温度低于T
MIT
时位于晶格体角位置的V
4+
离子会沿着金红石晶格的c轴方向移动，形成锯齿状的V
‑
V链，从而转变为单斜相(M)【Nat.Phys.,2013,9(10):661
‑
666】。除温致触发外，VO2的MIT相变还可以通过氢气气氛、外加电场和超高外磁场来触发【Nat.Mater.,15,1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂氧化钒电子相变陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)提供纯相二氧化钒粉体材料，其化学式为：VO2，其粉体粒径分布范围在10纳米至500微米之间；提供掺杂元素氧化物，主要包括过渡族金属氧化物，其粉体粒径分布范围在10纳米至500微米之间；依照实际需要的金属绝缘体触发温度设计需要，将上述二氧化钒与掺杂元素氧化物粉体按照预定掺杂比例充分混合研磨后，紧密接触并置于导电且可施加压力的合成容器内；2)在中低真空或保护气体气氛条件下，向上述合成容器两端施加连续直流、脉冲直流、或交变电流，所施加电流强度须击穿粉体接触面并实现等离子体放电；在此过程中，进一步对粉体施加机械压力，使其在电流产生的热效应以及机械压力的协同作用下烧结成陶瓷材料；在此过程中，作为掺杂前驱体的过渡族氧化物与作为母体相的氧化钒粉体在共烧结过程中发生原位固相反应；通过对所施加的电流方式、强度来控制过渡族氧化物与氧化钒粉体间的等离子体放电程度；并进一步结合对烧结时间、温度、压力的控制，来实现氧化钒母体与掺杂元素前驱体间的充分固相反应；3)所制备的掺杂氧化钒陶瓷材料可进一步制作成突变式热敏电阻元器件，并应用于热开关、温度传感、浪涌电流抑制、以及与热效应相关的电路智能设计方面；或通过物理破碎成粉体，并进一步应用于热致变色涂层、红外伪装涂层、热伪装涂层。2.如权利要求1所述掺杂氧化钒电子相变陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤1)所述过渡族金属氧化物为TiO2、Ti2O3、Nb2O5、WO3、Fe2O3、Fe3O4、FeO、CoO、Co3O4、Ga2O3、Al2O3、MnO2、MnO、ZrO2、MoO3、Ta2O5、NiO、HfO2、CuO、Cu2O、ZnO。3.如权利要求1所述掺杂氧化钒电子相变陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤2)所述基于电流触发粉体间等离子体放电的共烧结实现掺杂的技术方法是：通过在高温时通过电流触发放电、温度、机械压力方面的综合作用，触发过渡族元素从过渡族氧化物前驱体向氧化钒粉体内扩散，并同时实现粉体烧结成陶瓷；上述过程通过在机械压力下施加电流触发材料粉体间的瞬间击穿，并创造有别于传统固相反应或陶瓷烧结技术的热力学亚稳态或非平衡状态，使得掺杂过程可以突破传统压力
‑
温度相图中热力学稳定态窗口约束；与传统扩散掺杂相比，本发明所提供方法可有效缩短元素掺杂所需要的反应时间，降低反应温度，并提高掺杂量。4.如权利要求1或3所述掺杂氧化钒电子相变陶瓷的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吉堃，周轩弛，张秀兰，姜勇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：