熱致相變材料納米二氧化釩的制備、表征及其性能研究.pdf

1、二氧化釩(VO2)是一類重要的熱致相變氧化物，其晶體結(jié)構(gòu)在一定條件下可由高溫的四方金紅石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐膯涡苯Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其電阻率發(fā)生突變達(dá)4～6個(gè)數(shù)量級(jí)，因而VO2在熱敏電阻材料、光電開關(guān)、光學(xué)存儲(chǔ)以及智能涂層等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。然而，通常情況下VO2的相變溫度約為68℃左右，距常溫應(yīng)用仍有一定的差距。過渡金屬或稀土離子摻雜可以降低VO2材料的相變溫度。將VO2材料進(jìn)行納米化加工也可以賦予VO2一些與尺寸和納米結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的新奇特性。當(dāng)前

2、，納米VO2熱致相變材料已成為釩氧化物相變材料研究的熱點(diǎn)，納米VO2熱致相變材料的制備方法較多，如水熱、溶劑熱、熱分解以及氣相沉積等方法，但多數(shù)方法所得VO2納米粒子的粒徑較大，尺寸分布不均勻，團(tuán)聚嚴(yán)重，無(wú)法作為研究納米VO2材料尺寸、結(jié)構(gòu).相變性能依賴關(guān)系的模型體系，因此，開發(fā)新型納米VO2材料的控制合成方法則顯得極為迫切且重要，而研究介觀尺度下，VO2納米粒子的尺寸、形貌及結(jié)構(gòu)與其相變特性的關(guān)聯(lián)關(guān)系將為釩氧化物材料走向?qū)嶋H應(yīng)用提供重

3、要理論和實(shí)踐指導(dǎo)。
　　 本文基于上述研究背景，開發(fā)了軟化學(xué)合成方法(高溫液相分解和配合物前驅(qū)體高溫?zé)峤夥?，通過調(diào)控合成路線和反應(yīng)條件，獲得了具有不同形貌、顆粒尺寸均勻、單分散性的VO2納米粒子和結(jié)構(gòu)均一、孔徑相對(duì)均勻的VO2納米孔結(jié)構(gòu)材料，借助XRD、TEM、SEM、XPS、IR等表征手段研究了VO2納米粒子和VO2納米孔結(jié)構(gòu)材料的控制制備機(jī)理、結(jié)構(gòu)、物相以及相變特性等性質(zhì)。同時(shí)，本文還通過原位摻雜的方法，制備了稀土和過渡金

4、屬(Ce4+、Mo6+、W6+)摻雜的納米VO2材料，初步研究了摻雜型納米VO2材料的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)、組成等特性，對(duì)摻雜前后納米VO2材料的相變特性的變化進(jìn)行評(píng)價(jià)。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴以V2O5為釩源，通過系列還原反應(yīng)制備了甲酸氧釩[VO(COOH)2]或草酸氧釩[VOC2O4]前軀物，在惰性氣氛條件下，將該類簡(jiǎn)單的釩化合物前軀體在油酸/油胺/十八烯高溫混合溶劑中進(jìn)行液相熱分解反應(yīng)，通過對(duì)反應(yīng)體系中混合溶劑的用量

5、和比例以及其它反應(yīng)條件的調(diào)控，制備了系列不同形貌、顆粒尺寸均勻、單分散性的VO2納米粒子。研究表明，油酸/油胺/十八烯等有機(jī)溶劑作為表面修飾劑對(duì)VO2納米粒子的成核和生長(zhǎng)具有一定的修飾和調(diào)控作用，因而通過該法可以獲得較小粒徑、分散度高、結(jié)構(gòu)可控的VO2納米粒子。同時(shí)，本文還通過原位摻雜的方法，制備了VO2:Ce4+、VO2:Mo6+和VO2:W6+的摻雜型納米VO2材料，初步研究了摻雜型納米VO2材料的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)、組成等特性。