一种智能温控色变氧化钒薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种智能温控色变氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）含钨溶胶的制备；（2）含钒离子的溶胶的制备；（3）掺钨氧化钒溶胶的制备：将步骤（1）所得含钨溶胶加入到步骤（2）所得含钒离子的溶胶中，得到掺钨氧化钒溶胶；（4）掺钨氧化钒薄膜的制备：将步骤（3）所得掺钨氧化钒溶胶镀制于经清洗处理的基片表面，然后在惰性气氛或真空条件下进行退火处理，即可得到具有智能温控色变功能的掺钨氧化钒薄膜。本发明专利技术方法耗能少，制备工艺简单，安全性好，在光电功能材料领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，其特征在于包括以下步骤：（1）含钨溶胶的制备；（2）含钒离子的溶胶的制备；（3）掺钨氧化钒溶胶的制备：将步骤（1）所得含钨溶胶加入到步骤（2）所得含钒离子的溶胶中，得到掺钨氧化钒溶胶；（4）掺钨氧化钒薄膜的制备：将步骤（3）所得掺钨氧化钒溶胶镀制于经清洗处理的基片表面，然后在惰性气氛或真空条件下进行退火处理，即可得到具有智能温控色变功能的掺钨氧化钒薄膜。本专利技术方法耗能少，制备工艺简单，安全性好，在光电功能材料领域具有广阔的应用前景。【专利说明】—种智能温控色变氧化钒薄膜的制备方法
本专利技术属于材料化学
，特别涉及一种掺钨氧化钒薄膜的制备方法。
技术介绍
随着社会经济的不断发展，现代建筑对透光和节能的要求越来越高，窗玻璃的功能除采光、避风、遮雨外，还要有保温以及控制和利用太阳光等功能。在建筑物或室内的节能方面，由于墙体材料的日益完善，适当厚度墙体的传热系数仅为1.4ff/(M2.K)，而3mm厚的普通建筑玻璃的传热系数达5.8ff/(M2.K)。因此，窗玻璃是影响建筑节能效果的关键因素之一，建筑能耗的50%是因建筑玻璃节能效果差导致的。另外，我国存在很大的地区和季节差异，因此研发高性能的节能建筑玻璃对建筑节能减排乃至对全球低碳经济的发展具有非常重要的意义。氧化钒(VO2)具有半导体-金属相转变(MIT)特性，是一种智能热致变色材料，在68°C时氧化钒由低温单斜半导体相转变为高温四方金属相，伴随着半导体-金属相转变，其电学，光学，磁学性质都发生较大的可逆变化。通过控制相变前后薄膜对于红外波段的透过率可达到节能效果，因此氧化钒在汽车、红外探测、光开关、光存储器等众多领域都具有非常重要的应用价值。单晶氧化钒在相变发生多次后会破裂或者变成碎块，而制成薄膜材料在相变循环发生多次后仍然能够稳定存在，这得益于它的多晶相结构。氧化钒薄膜的制备方法迄今为止有三种主要的途径，溶胶-凝胶(Sol-gel)法、物理气相沉积法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)。所有这些方法中，CVD由于很难准确地控制化学计量比而应用较少，PVD法通常被用来进行薄膜性能的基础性研究。而溶胶-凝胶法因其制备工艺简单、对设备和操作要求低、易于掺杂等优点而被广泛用于氧化钒薄膜的制备。`氧化钒薄膜在智能窗的实际应用中，需要将其相变温度从68°C降至室温(25°C)附近。据报道，高价态的金属离子像钨(VI)，铌(V)等掺入到氧化钒中时会降低MIT温度。其中，鹤元素被认为是最有效的掺杂源，作为掺杂元素的鹤原子的化合价为6价,高于氧化钒中4价钒离子，掺杂时在d轨道中会引入多余电子，使d带间的分裂减小，致使氧化钒从半导体态转变为金属态时所需能量减少，从而达到有效降低氧化钒相变温度的目的。2%原子百分数的钨掺杂就可以使相变温度降低至室温。溶胶-凝胶法制备掺钨氧化钒薄膜根据其所使用的前驱体的不同分为两大类，一类为无机溶胶-凝胶法；另一种为有机溶胶-凝胶法。目前溶胶-凝胶法制备掺钨氧化钒薄膜时，已报道作为掺杂剂的掺杂钨源主要存在三个问题:一是掺杂钨源难以与含钒溶胶稳定共存而形成均匀的掺钨镀膜液；二是活性较低的掺杂钨源中W原子难以进入氧化钒晶格取代V原子，而是以钨化合物的形式存在于氧化钒薄膜中，因此难以达到有效掺杂的目的；三是一些掺杂钨源(如WC16、钨酸铵、钨酸钠等)含有其他杂质元素(如N、Cl、Na等)，在掺W的同时会引入其他杂质(N、Cl、Na等)元素，这对提高薄膜红外调节性能及降低薄膜相变温度均有不利影响。Jeong-Ho Cho 等(Jeong-Ho Cho, Young-Jun Byun, Jin-Ho Kim et al..Thermochromic characteristics of W03-doped vanadium dioxide thinfilms prepared by sol - gel method.Ceramics International, CeramicsInternational, 2012，38:589 - 593)采用无机水淬法，以WO3为钨源制备掺钨氧化钒薄膜，每掺钨1%时，薄膜相变温度仅降低15.5°C。专利CN1436606A公开了一种利用乙酰丙酮氧钒(V0(acac)2)作为钒的前驱体溶解在甲醇中制得有机溶胶，最终通过退火处理生成结晶态的氧化钒薄膜的方法。该方法在制备掺钨氧化钒薄膜时，存在V0(acac)2溶胶与掺杂钨源难以共溶、稳定性差、制备过程复杂等问题。利用该方法以WCl6为掺杂钨源制备的掺杂氧化钒薄膜在掺钨12.02%时薄膜相变温度仅降低10°C，相变温度并没有得到有效地降低(Yuankai Liu, HaizhengTao, Xinhong Chu et al.Effects of addition of tungsten chloride on opticalproperties of V02-based thermochromic films prepared by sol - gel method.Non-Crystalline Solids, 2014，383(1):116-120)。专利CN102757764A公开了一种以酸性钨溶胶作为掺杂钨源制备掺钨氧化钒薄膜的方法。该方法制备的掺钨氧化钒薄膜在掺钨2%时相变温度可降至35°C，但相变温度降低效率远低于23°C /at.%W。此外，作为掺杂钨源的钨溶胶只能在酸性条件下稳定存在，这限制了其使用范围。而制备钨溶胶所用的钨化合物钨酸铵会引入杂质N元素，调节钨溶胶PH值所用的盐酸会引入杂质Cl元素，这些杂质元素的引入对提高薄膜红外调节性能及降低薄膜相变温度均有不利影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供，工艺相对简单，并且制备的智能温控色变氧化钒薄膜相变温度可在25_60°c范围内连续可调，适于工业生产。解决本专利技术技术问题所采用`的技术方案是该智能温控色变氧化钒薄膜的制备方法包括以下步骤:(I)含钨溶胶的制备:将金属钨或含钨化合物溶于过量的过氧化氢和有机溶剂的混合溶液中，于0-60°C下搅拌，待完全溶解后离心过滤得到透明的含钨溶胶；(2)含钒离子的溶胶的制备:室温下将可溶性钒盐溶于溶剂中，再加入分散剂分散均匀，得到含钒离子的溶胶；(3)掺钨氧化钒溶胶的制备:将步骤(1)所得含钨溶胶加入到步骤(2)所得含钒离子的溶胶中，得到掺钨氧化钒溶胶；(4)掺钨氧化钒薄膜的制备:将步骤(3)所得掺钨氧化钒溶胶镀制于经清洗处理的基片表面，然后在惰性气氛或真空条件下进行退火处理，得到具有智能温控色变功能的掺钨氧化钒薄膜。优选的是，步骤(1)所述含钨化合物包括钨酸或氧化钨中的一种；步骤(1)所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙酮、乙醚、乙酰丙酮或甲苯中的一种或几种的混入口 ο上述步骤(1)所述过氧化氢和有机溶剂的混合溶液中过氧化氢与有机溶剂的体积比为1:10-10:1。优选的是，步骤(1)所述过氧化氢和有机溶剂的混合溶液中过氧化氢与有机溶剂的体积比为1:1，搅拌的时间为18-24h。步骤(1)所述含钨溶胶中钨的摩尔浓度为0.l-lmol/L0优选的是，步骤(1)所述含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能温控色变氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）含钨溶胶的制备：将金属钨或含钨化合物溶于过量的过氧化氢和有机溶剂的混合溶液中，于0?60℃下搅拌，待完全溶解后离心过滤得到透明的含钨溶胶；（2）含钒离子的溶胶的制备：室温下将可溶性钒盐溶于溶剂中，再加入分散剂分散均匀，得到含钒离子的溶胶；（3）掺钨氧化钒溶胶的制备：将步骤（1）所得含钨溶胶加入到步骤（2）所得含钒离子的溶胶中，得到掺钨氧化钒溶胶；（4）掺钨氧化钒薄膜的制备：将步骤（3）所得掺钨氧化钒溶胶镀制于经清洗处理的基片表面，然后在惰性气氛或真空条件下进行退火处理，得到具有智能温控色变功能的掺钨氧化钒薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶海征，彭飞，乔昂，赵修建，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：