VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料及制法制造技术

本发明专利技术公开了一种VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料及制法，涉及电致相变复合材料技术领域。步骤如下：将VO2(M)纳米颗粒加入到去离子水和无水乙醇的混合溶液中，分散后，加入氨水，搅拌均匀，溶液pH值为8.7

【技术实现步骤摘要】
VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料及制法


[0001]本专利技术涉及电致相变复合材料
，尤其是一种VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料及制法。

技术介绍

[0002]1949年，N.F.Motto通过能带理论预测了金属氧化物的绝缘
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金属相变(MIT,metal
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insulator transition)，1959年，Morin在贝尔实验室首次发现单晶二氧化钒(VO2)相变现象，自此VO2相变特性成为凝聚态物理领域关注的重要课题。作为一种典型的强关联系统材料，它在温度、光和电压的作用下，能经历独特的可逆金属
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绝缘体相变(MIT)。伴随着相变，它显示了光学性质、热性质和磁性性质的剧烈变化。目前，磁控溅射、分子束外延、溶胶
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凝胶法以及脉冲激光沉积等技术均可在特定基底上直接形成VO2薄膜，但对设备和工艺条件要求较高，而利用水热法制备纳米结构VO2，具有纯度高，形貌可调，成型灵活等优点，是大规模应用VO2的理想选择。但纳米二氧化钒粉体，因颗粒小，比表面积和表面自由能大，造成其热力学不稳定性提高。在长期存储过程中或者在高于300℃的空气中，容易转换为V2O5，而V2O5能够溶解在酸性环境中，形成VO
2+
，V
3+
orV
5+
离子化合物，大大降低VO2粉体的使用寿命。另一方面，二氧化钒作为典型的无机金属氧化物，颗粒表面缺少与无机水溶液相融合的羟基及与有机物相结合的羧基，使之分散性较差，稳定性不高，特别是分散在水凝胶基质中。不均匀分散会进一步加剧材料的性能弱化，在应用中受到很大限制。所以纳米二氧化钒粉体进行表面改性处理是必须的。目前，二氧化钒改性技术可以分为金属离子改性、无机表面改性、有机表面改性及包覆改性。
[0003]而许多文献已经证实，通过表面包覆处理后的VO2抗氧化性能可以得到明显提高，透光性得到增强，是改性处理纳米VO2颗粒的有效途径。表面包覆就是通过在纳米颗粒表面包覆一层或多层的抗氧化性物质，如二氧化钛、二氧化硅和氧化锌等。阻断钒元素与空间中氧离子的接触，大大减缓氧化速度，提高使用寿命。包覆层同时可为颗粒提供更多的羟基键，提高在水溶液中分散性，并可提高硅烷偶联剂的作用，改善与其他有机物之间的相容性。2013年，中国科学院Ping Jin团队为改善VO2的太阳能调节效率，基于微乳液的方法合成了VO2(M)@SiO2纳米粒子。上海大学Min Wang等人基于Stocker法制备了VO2@SiO2核壳纳米粒子，SiO2层光滑且均匀，厚度约为5nm，抗氧化性温度提高了25℃。华东理工大学，Yanfeng Gao等人基于改进的Stocker法，使用PVP预处理，改善了SiO2的成壳质量，SiO2的厚度在4
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25nm之间可调。
[0004]可以看出，通过表面包覆技术处理后的二氧化钒，抗氧化性能和分散性都得到了明显提高，且透光率得到改善，但包覆处理对于VO2的电致相变性能的影响仍然是未知的。2000年,Stefanovich等首次报道了电场或电子注入触发VO2产生绝缘
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金属相变现象。相比热激励和光照激励，电场诱导VO2绝缘
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金属相变(E
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MIT)具有反应速度快、加载成本低、便于集成化、小型化和寿命长等优点，在可重构天线技术、太赫兹技术、毫米波相位调制器、记忆和神经元计算机技术及快速开关器件等方面具有广阔的应用前景。而为了改善VO2的抗
氧化性能和分散性，推进材料的实际应用，有必要对包覆改性二氧化钒的电致相变性能进行专门研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料及制法，该制法步骤简单且效果良好；所制得的SiO2包覆VO2纳米颗粒填充的复合材料的相变非线性系数得到了明显提升，说明通过SiO2包覆处理，不仅可以提高VO2的抗氧化能力，同时可提升VO2的电致相变性能，研究成果对于推动VO2的产品化应用具有重要意义。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料制法，包括如下步骤：
[0007](1)将VO2(M)纳米颗粒加入到去离子水和无水乙醇的混合溶液中，分散后，加入氨水，搅拌均匀后，溶液pH值为8.7
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11.8，然后在搅拌状态下，加入正硅酸乙酯乙醇溶液，继续反应8
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24h，抽滤，清洗，真空干燥后得到SiO2包覆的VO2纳米颗粒，0nm＜SiO2包覆厚度≤3nm；
[0008](2)首先制备聚乙烯吡咯烷酮PVP水溶液，再将SiO2包覆的VO2纳米颗粒与PVP水溶液混合，涂覆在基板上，干燥后得到VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料。
[0009]优选的，步骤(1)所用去离子水和无水乙醇的混合溶液中，去离子水和无水乙醇的体积比为1:3
‑
1:5。
[0010]进一步优选的，步骤(1)所用去离子水和无水乙醇的混合溶液中，去离子水和无水乙醇的体积比为1:3。
[0011]优选的，步骤(1)所用氨水的浓度为25wt％
‑
28wt％。
[0012]进一步优选的，步骤(1)所用氨水的浓度为28wt％。
[0013]优选的，步骤(1)所用正硅酸乙酯乙醇溶液为质量分数为1％正硅酸乙酯乙醇溶液。
[0014]优选的，步骤(1)继续反应12h。
[0015]优选的，VO2(M)纳米颗粒和正硅酸乙酯的质量比为1:0.02
‑
1:0.3。
[0016]优选的，SiO2包覆的VO2纳米颗粒中，2nm≤SiO2包覆厚度≤3nm。
[0017]优选的，步骤(2)中，PVP水溶液质量浓度为2％
‑
10％。
[0018]优选的，步骤(2)中，SiO2包覆的VO2纳米颗粒与PVP水溶液的质量比为1:1
‑
1:10。
[0019]优选的，步骤(2)中，基板是PCB板或玻璃。PCB全称PrintedCircuit Board。
[0020]上述VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料制法所制得的电致相变复合材料。
[0021]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：VO2作为典型的电子强关联金属氧化物，其电致相变特性在过脉冲防护、新型存储器件、场效应开关等领域具有巨大应用潜力。然而，VO2的化学不稳定性等缺点限制了其在这些领域的应用。本专利技术成功制备了不同包覆厚度的纳米VO2@SiO2核壳结构粉末。实验测试表明，包覆后的VO2粉末氧化温度比未处理VO2粉末高出45℃。同时包覆粉末的相变温度仍然为68℃。通过将制备的VO2@SiO2粉末与PVP有机物混合，制备了VO2@SiO2填充型复合材料。测试发现，在SiO2包覆厚度小于3nm时，复合材料仍然具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料制法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将VO2(M)纳米颗粒加入到去离子水和无水乙醇的混合溶液中，分散后，加入氨水，搅拌均匀后，溶液pH值为8.7
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11.8，然后在搅拌状态下，加入正硅酸乙酯乙醇溶液，继续反应8
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24h，抽滤，清洗，真空干燥后得到SiO2包覆的VO2纳米颗粒，0nm＜SiO2包覆厚度≤3nm；(2)首先制备聚乙烯吡咯烷酮PVP水溶液，再将SiO2包覆的VO2纳米颗粒与PVP水溶液混合，涂覆在基板上，干燥后得到VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料。2.根据权利要求1所述的VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料制法，其特征在于：步骤(1)所用去离子水和无水乙醇的混合溶液中，去离子水和无水乙醇的体积比为1:3
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1:5。3.根据权利要求1所述的VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料制法，其特征在于：步骤(1)所用氨水的浓度为25wt％
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28wt％。4.根据权利要求1所述的VO2@SiO2纳米粒子填充型电致相变复合材料制法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆国，孙肖宁，曲兆明，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：