一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜，它由二氧化钒膜层与二氧化硅膜层复合而成，二氧化硅膜层位于表层；二氧化硅膜层为由表面带有疏水性基团的SiO2颗粒堆砌而成的纳米多孔结构，SiO2颗粒粒径为10nm‑50nm；二氧化钒膜层是由不规则VO2颗粒沉积组成，VO2颗粒粒径为20nm‑150nm；制备方法是将二氧化硅凝胶涂覆于二氧化钒薄膜表面，于惰性气体氛围中进行退火处理即可。本发明专利技术所述智能控温二氧化钒复合薄膜在保持优异光学性能、自清洁功能的同时大大提高了复合薄膜的红外调节能力。

Intelligent temperature controlled two vanadium oxide composite film enhanced by infrared light regulating ability and preparation method thereof

The invention relates to an intelligent temperature control of vanadium oxide composite films enhanced ability to regulate a kind of infrared light, which is composed of vanadium oxide film and a silicon dioxide film compounded silica coating at the surface; the nano porous silica coating on SiO2 particles with hydrophobic groups on the surface of the stack, the particle size of SiO2 is 10nm 50nm; vanadium oxide film consists of irregular deposition of VO2 particles, the particle size of VO2 is 20nm 150nm; preparation method is silica gel coated on vanadium dioxide thin film surface, in an inert atmosphere annealing treatment can be. The intelligent temperature controlled two vanadium oxide composite film can greatly improve the infrared regulating ability of the composite film while maintaining excellent optical performance and self-cleaning function.

【技术实现步骤摘要】
一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜及其制备方法
本专利技术涉及热致相变材料及自清洁节能源材料领域，具体涉及一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜及其制备方法。
技术介绍
随着玻璃幕墙、玻璃屋顶、玻璃结构在高层建筑中的大规模应用，玻璃的清洁问题越来越突出，采用擦窗机清洁玻璃既不经济又不方便，寻求一种具有自我清洁功能的玻璃已成为世界各国研究的热点和难点。传统的润湿自洁和机械自洁难以满足现实清洁的要求。生态化方向是建筑玻璃发展的趋势，实际上就是环境保护的方向和提高舒适度的人性化方向。功能玻璃发展的主要方向有3个：(1)具有节能、隔音、隔热的玻璃；(2)可以防污、防雾、自洁净和净化环境的玻璃；(3)能利用和控制太阳光或太阳能的玻璃。二氧化钒具有良好的热致相变特性，这种功能可被广泛的用于智能窗材料上。当薄膜相变温度高于室温时，二氧化钒的晶体结构为单斜晶系结构，红外光和可见光都有较高的透过率，室内的温度随着光线的进入而逐渐升高；当薄膜相变温度低于室温时，二氧化钒的晶型变成四方晶红石结构，可见光透过率不变而红外光透过率明显降低，红外光产生的热量就不能进入室内，从而根据室内温度实现了智能窗对不同波长光线的选择性透过，这一过程不需要外界添加的其它能量，实现了对温度的智能控制。将二氧化钒薄膜或者涂层用于节能智能玻璃的研究已经取得了许多成就，中国公开专利技术专利CN102241482A公开了一种用湿化学法与溶胶/凝胶法结合制备了一种智能控温二氧化钒纳米复合薄膜及其制备方法，复合薄膜结构在保证VO2薄膜控温性能的同时只是提高了薄膜的可见光区透过率，对近红外光区的调节能力没有提高。中国公开专利技术专利CN103042754A公开了一种接触角可调的热滞变色二氧化钒基复合薄膜及其制备方法，该复合薄膜集成了热滞变色涂层和自清洁涂层优点，提高了VO2薄膜的可见光透过率，但是复合薄膜的可见光透过率依然很低，低温下只有40％左右，此外对近红外光区的调节能力也没有提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜及其制备方法，在保持优异光学性能、自清洁功能的同时大大提高了复合薄膜的红外调节能力。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜，它由二氧化钒膜层与二氧化硅膜层复合而成，二氧化硅膜层位于表层；二氧化硅膜层为由表面带有疏水性基团的SiO2颗粒堆砌而成的纳米多孔结构，厚度范围为30-300nm，SiO2颗粒粒径为10nm-50nm；二氧化钒膜层是由不规则VO2颗粒沉积组成，厚度为100-1000nm，VO2颗粒粒径为20nm-150nm。上述红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜的制备方法，主要包括如下步骤：1)将四价钒源、溶剂醇混合均匀，随后加入聚乙烯吡络烷酮(PVP)，并用酸调节pH为1-3，继续搅拌均匀后静置老化，得到前驱体溶液；2)将所得前驱体溶液涂覆于基板上，然后于惰性气体氛围中进行退火处理，得到二氧化钒薄膜；3)将四价硅源、溶剂醇混合均匀，先酸化处理3-48h，再碱化处理10-72h，然后经过静置老化，得到了表面带有疏水性基团的二氧化硅凝胶；4)将步骤3)所得的二氧化硅凝胶分散于溶剂醇中，然后涂覆于步骤2)所得二氧化钒薄膜表面，再经过在惰性气体氛围中进行退火处理，得到红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜。按上述方案，步骤1)中，前驱体溶液中四价钒离子的摩尔浓度为0.1-0.2mol/L，聚乙烯吡络烷酮的浓度在1％-5％。按上述方案，步骤1)中，四价钒源选自硫酸氧钒、草酸氧钒、乙酰丙酮氧钒等中的一种或几种按任意比例的混合物。按上述方案，步骤1)中，酸选自盐酸、草酸、硫酸、硝酸等中的一种或几种按任意比例的混合物。按上述方案，步骤1)中，聚乙烯吡络烷酮可选用分子量为3500、5500、8000、10100等分子量中的一种或几种按任意比例的混合物，优选分子量为5500～10000。按上述方案，步骤1)中，搅拌时间为12-96h，优选12-48h；静置老化时间为12-96h，优选48-72h。按上述方案，步骤3)中，四价硅源所述的硅源选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氨烷、三/氨丙基三乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷等硅烷偶联剂中的一种或几种按任意比例的混合物。按上述方案，步骤1)和3)、4)中，溶剂醇均选自乙醇、异丙醇、甲醇、丙二醇、丙三醇等中的一种或几种按任意比例的混合物。按上述方案，步骤3)中，四价硅源与溶剂醇的摩尔比(0.1-0.5)：1。按上述方案，步骤3)中，酸化处理时pH为3-5，采用盐酸、硫酸、硝酸、草酸等酸的溶液中的一种或几种混合物，酸溶液的浓度范围为0.001-0.1mol/L；酸化时间为3-96h，优选10-48h。按上述方案，步骤3)中，碱化处理时pH为8-9，采用氨水、氢氧化钠等碱溶液中的一种或两种混合物，碱溶液的浓度范围为0.001-0.1mol/L；碱化时间为10-96h，优选24-48h。按上述方案，步骤2)和4)中，涂覆方式选自刮涂、喷涂、旋涂和浸渍提拉等，优选方式为旋涂，控制步骤2)中旋涂厚度范围为30-300nm，步骤4)中旋涂厚度为100-1000nm，经后续退火步骤后厚度基本不变。进一步优选地，旋涂分为慢速和快速两步，慢速主要采用800-1000r/min，旋涂8-10s实现溶胶颗粒与溶剂的分离；快速主要采用2500-5000r/min，旋涂20-40s实现衬底上溶胶颗粒分布的均匀化。按上述方案，步骤2)中，退火温度为200-800℃，退火时间为0.5-5h，优选退火温度为400-800℃，退火时间为0.5-5h；步骤4)中，退火温度为300-600℃，退火时间为0.5-3h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所提供的智能控温二氧化钒复合薄膜具有优异的光学开关特性，可以根据环境温度智能的调控红外光的透过率，并且大幅度增强了红外调节能力和太阳能调节能力，在波长2000nm处相变前后的得透光率差高达39.5％，且复合薄膜的可见光透过率高于60％，满足了建筑物对玻璃采光的需要。2、本专利技术所提供的智能控温二氧化钒复合薄膜表层的SiO2颗粒粒径约为10nm-50nm，远远小于可见光的波长，大大减少了光能的损失，除此之外还堆砌构建了复合薄膜表面的微纳结构，使复合薄膜表面具有优异的超疏水效果，表面水接触角大于150°，起到了很好的防雾、防尘、自清洁效果。附图说明图1中，(a)为实施例1所制备的VO2薄膜与SiO2/VO2复合薄膜的UV图谱，(b)为实施例2所制备的VO2薄膜与SiO2/VO2复合薄膜的UV图谱，(c)为对比例1所制备的VO2薄膜与SiO2/VO2复合薄膜的UV图谱，(d)为对比例2所制备的VO2薄膜与SiO2/VO2复合薄膜的UV图谱。图2为实施例1所制备的VO2薄膜(a)与SiO2/VO2复合薄膜(b)、(c)的SEM图。图3为实施例1所制备的VO2薄膜(a)与SiO2/VO2复合薄膜(b)的表面水接触角图谱。图4为实施例1所制备的VO2薄膜(a)与SiO2/VO2复合薄膜(b)的XRD图谱。图5为对比例1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜，它由二氧化钒膜层与二氧化硅膜层复合而成，二氧化硅膜层位于表层；二氧化硅膜层为由表面带有疏水性基团的SiO2颗粒堆砌而成的纳米多孔结构，SiO2颗粒粒径为10nm‑50nm；二氧化钒膜层是由不规则VO2颗粒沉积组成，VO2颗粒粒径为20nm‑150nm。

【技术特征摘要】
1.一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜，它由二氧化钒膜层与二氧化硅膜层复合而成，二氧化硅膜层位于表层；二氧化硅膜层为由表面带有疏水性基团的SiO2颗粒堆砌而成的纳米多孔结构，SiO2颗粒粒径为10nm-50nm；二氧化钒膜层是由不规则VO2颗粒沉积组成，VO2颗粒粒径为20nm-150nm。2.权利要求1所述红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜的制备方法，其特征在于将二氧化硅凝胶涂覆于二氧化钒薄膜表面，于惰性气体氛围中进行退火处理，即得到红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜。3.一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜的制备方法，其特征在于主要包括如下步骤：1)将四价钒源、溶剂醇混合均匀，随后加入聚乙烯吡络烷酮，并用酸调节pH为1-3，继续搅拌均匀后静置老化，得到前驱体溶液；2)将所得前驱体溶液涂覆于基板上，然后于惰性气体氛围中进行退火处理，得到二氧化钒薄膜；3)将四价硅源、溶剂醇混合均匀，先酸化处理10-72h，再碱化处理24-96h，然后经过静置老化，得到了表面带有疏水性基团的二氧化硅凝胶；4)将步骤3)所得的二氧化硅凝胶分散于溶剂醇中，然后涂覆于步骤2)所得二氧化钒薄膜表面，再经过在惰性气体氛围中进行退火处理，得到红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜。4.根据权利要求3所述的一种红外光调节能力增强的智能控温二氧化钒复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤1)中，四价钒源选自硫酸氧钒、草酸氧钒、乙酰丙酮氧钒中的一种或几种按任意比例的混合物；酸选自盐酸、草酸、硫酸、硝酸等中的一种或几种按任意比例的混合物；聚乙烯吡络烷酮的分子量为3500～10100。5.根据权利要求3所述的一种红外光调节能...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽，王超，梁子辉，董兵海，王世敏，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42