二氧化钒前驱液及其制备薄膜材料的方法技术

本发明专利技术属于材料化学技术领域，具体涉及一种二氧化钒前驱液及其制备薄膜材料的方法。本发明专利技术的二氧化钒前驱液包括可溶性钒盐，成膜促进剂和溶剂。本发明专利技术还提供了使用该二氧化钒前驱液制备二氧化钒薄膜的方法。本发明专利技术克服了现有液相二氧化钒制备技术的缺点，降低了原料成本；可将原料中的钒原料预还原或氧化到四价使热处理过程中钒元素不需要进行氧化还原反应，利用本发明专利技术制备的二氧化钒薄膜相均匀、纯度好，对温度智能响应。在玻璃衬底上制备的二氧化钒薄膜，其透光率峰值在可见光区域最高可达７０％，红外光调节性能最高可达６０％，在光学功能材料及电学功能材料领域有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料化学
，具体涉及一种二氧化钒前驱液及其制备薄膜材料的方法。
技术介绍
我国是一个能源短缺的国家，但是目前我国单位建筑面积能耗却是发达国家的2 至3倍，且我国建筑能耗的总量正呈逐年上升趋势。我国建筑能耗在能源总消费量中所占 的比例从上世纪七十年代末的10%，已上升到2007年的约30%。目前，我国正处于工业化 和城镇化快速发展阶段，每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米，超过所有发达国家 年建成建筑面积的总和，而95%以上是高能耗建筑。这些建筑在接下来几十年至上百年的 使用时间内，都要不断消耗大量能源。例如，因高耗能建筑比例大，单北方地区每年就多耗 标准煤1800万吨，直接经济损失达70亿元，多排二氧化碳52万吨。国家建设部科技司研 究表明，我国建筑耗能比例最终将上升至35%左右。如此庞大的比重，建筑能耗已经成为我 国社会经济可持续发展的沉重负担。 若能通过节能技术把日益增加的建筑能耗减少一半，进而逐步达到发达国家的能 耗水平，就可大大减小煤矿、电站等能源设施的建设规模，以及相应能耗所引起的污染和浪 费，这是解决能源危机和环境污染问题的有效方法之一。 玻璃窗作为建筑与外界进行能量交换的主要通道，对建筑节能起着决定性的作 用。而通过玻璃在建筑与外界之间进行的能量交换中，热辐射占据了主要的部分(58%)， 因而节能玻璃的主要任务是改变其热辐射性能。在节能玻璃设计上，目前主要的实现方式 是低辐射(Low-E)玻璃，但低辐射玻璃只能起到减少散热的作用，在冬季不能有效利用近 红外波段光对室内进行加热。为此科学家们提出了新的节能玻璃概念，它们的实现方式有 电致变色(电敏)、气致变色(气敏)以及光致变色(光敏)。通过外界条件的激发，以上 节能玻璃均可实现对太阳光透光性的调节，但都存在不同程度的缺陷(参见专利申请号为 200510121424. 4的中国专利中所述)。 二氧化钒是一种典型的温致变色材料，本征相变温度是68t:。在温度升高到相 变温度后，材料在极短时间内由单斜相转变为四方相。伴随相变，二氧化钒的物理性能发 生突变。例如，二氧化钒薄膜在保证可见光透光性基本不变的前提下，可实现近红外光透 光性由高透过向低透过的转变，同时薄膜的电阻率也会下降102 105数量级。而当温 度降低时二氧化钒又会发生完全可逆的相变，使薄膜的性能变为初始的低温状态，这样就 可以循环实现以上转变过程。同时二氧化钒的相变还可以由光辐射，电压等其它方式激 发，从而使之可以集成到现有及未来的电器元件上，在光学、电学、磁学等领域有着极为广 阔的应用前景。例如，在相变时二氧化钒薄膜具有很高的电阻温度系数，是非制冷红外探 测器热敏电阻的理想材料(参见专利公开号为CN1392286的中国专利中所述)，而伴随 相变的光学性能突变可以在保证可见光采光性的前提下完全智能地实现对引起热效应的 近红外光调节，进而可以制备节能玻璃(参见申请号为CN200510121424.4的中国专利中所述)。同时，二氧化钒的相变温度可以通过掺杂或工艺控制进行调节，在不同温度点 实现相变控制(参见T. D. Manning and I. P. Parkin， Atmospheric pressure chemical vapor deposition of tungsten dopedvanadium(IV) oxide from V0C13， water and WC16. Journal of Materials Chemistry 2004,14， (16)，2554-2559.及S. H. Chen ;H. Ma ; J. Dai and X.J. Yi，Nanostructured vanadium dioxide thinfilms with low phase transition temperature. Applied Physics Letters 2007,90， (10).)。 其实将二氧化钒用作功能材料的研究很早就已经展开了，但钒原子价态很多， 钒-氧体系过于复杂，仅热力学稳定相就有15种以上。而作为智能材料应用的二氧化 钒只在很窄的化学计量比范围内稳定存在(参见J.Nag and R. F. Haglund， Synthesis of vMiadium dioxide thinfilms and nanoparticles. Journal of Physics—Condensed Matter, 2008， 20， 264016.及R. Balu and P. V. Ashrit， Applied Physics Letters, 2008， 92,021904.)，造成了纯相二氧化钒材料制备的困难。 目前应用最广的二氧化钒薄膜制备方法为气相法，包括溅射法(Sputtering D印osition)，脉冲激光沉积(Pulsed Laser D印osition， PU))，离子注入法(Ion Implantation)和化学气相沉积法(Chemical V即or D印osition， CVD)等。气相法可以很 好地控制制备过程中的氧分压，所以得到的二氧化钒薄膜性能很好。但气相法所用设备昂 贵，参数控制复杂，生产效率低，向工业化生产转化还存在很多的难题。与此对应，目前现有 的液相法制备路线主要有如下几种1、五氧化二钒高温熔化后快速淬水，形成五价钒溶胶 后镀膜，在还原性或真空气氛下热处理；2、钒醇盐在有机溶剂中水解、聚合成溶胶后镀膜， 在还原性或真空气氛下热处理；3、钒金属溶解于双氧水中形成溶胶后镀膜，在还原性或真 空气氛下热处理。其中方法1能耗高，高温操作危险且易于造成钒污染；方法2所用钒醇盐 很贵，且醇盐水解的控制较难，工艺可控性差；方法3中钒金属价格较高且处理过程较长， 都不利于大规模的生产。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于克服现有技术的缺陷，提供一种二氧化钒前驱液及其制备 方法。 —种二氧化钒前驱液，包括如下组分可溶性钒盐，成膜促进剂和溶剂，其中各组 分的重量比为(其中可溶性钒盐以等摩尔数折算为钒金属元素) 钒元素成膜促进剂溶剂=(0.022-3) : (o.oi-s) : 20。 较佳的，所述可溶性钒盐选自硫酸氧钒(voso》、二氯氧钒(vocg、或者为其他价态无机钒盐氧化还原所得的四价钒离子溶液。 优选的，所述其他价态无机钒盐选自五氧化二钒(V205)、偏钒酸钠(NaV03) 、二氯 氧钒(V0C12)或草酸钒(Q。(^。V》，所述其他价态无机钒盐中的钒离子可在溶液中预氧化、还 原为四价，也可在热处理时控制气氛以得到四价的二氧化钒。 术语"热处理时控制气氛"的含义为在惰性或弱还原性气氛中进行热处理。 优选的，所述成膜促进剂选自聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)或tert-辛基酚 聚氧乙烯醚(Triton X)等提高前驱液粘度的可溶性高分子试剂中的一种。 进一步优选的，所述成膜促进剂为质量百分数为10%的聚乙烯醇水溶液。 本专利技术中所述二氧化钒前驱液中组成物质中，成膜促进剂的重量比是指成膜促 进剂中纯物质的重量比，例如当所述成膜促进剂为质量百分数为10%的聚乙烯醇水溶液 时，所述二氧化钒前驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钒前驱液，包括如下组分：可溶性钒盐，成膜促进剂和溶剂，其中各组分的重量比为：　　钒元素∶成膜促进剂∶溶剂＝（０．０２２－３）∶（０．０１－８）∶２０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高彦峰，康利涛，罗宏杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]