一种双温区还原法制备二氧化钒的方法技术

本发明专利技术涉及一种双温区还原法制备二氧化钒的方法，所述方法包括：将五氧化二钒和高活性金属隔开一定距离地置于具有负压的密闭系统中，分别将所述五氧化二钒和高活性金属加热至不同的温度热处理规定的时间，以使所述密闭系统的中的氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压从而所述五氧化二钒被还原而得到二氧化钒；其中，将所述高活性金属加热至第一温度，将所述五氧化二钒加热至低于所述第一温度的第二温度，受热的高活性金属与所述密闭系统的中氧气反应从而降低所述密闭系统的氧分压进而使所述密闭系统的氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压。本发明专利技术得到的二氧化钒晶相和粒径可控，形貌可与前驱物五氧化二钒前驱物维持一致或接近。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，所述方法包括：将五氧化二钒和高活性金属隔开一定距离地置于具有负压的密闭系统中，分别将所述五氧化二钒和高活性金属加热至不同的温度热处理规定的时间，以使所述密闭系统的中的氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压从而所述五氧化二钒被还原而得到二氧化钒；其中，将所述高活性金属加热至第一温度，将所述五氧化二钒加热至低于所述第一温度的第二温度，受热的高活性金属与所述密闭系统的中氧气反应从而降低所述密闭系统的氧分压进而使所述密闭系统的氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压。本专利技术得到的二氧化钒晶相和粒径可控，形貌可与前驱物五氧化二钒前驱物维持一致或接近。【专利说明】—种双温区还原法制备二氧化钒的方法
本专利技术涉及二氧化钒粉体和薄膜的制备方法，具体涉及一种通过双温区高活性金属辅助还原二氧化钒制备晶相和粒径可控的二氧化钒粉体和薄膜的方法。
技术介绍
面对全球的能源危机，节能型建筑正日益受到关注，但是目前的建筑大量地采用了玻璃幕墙的形式，因此如何控制玻璃窗的热交换对整体节能变得至关重要。高性能的调光薄膜材料，如低辐射玻璃镀膜和变色涂层等，将会在这一领域大放异彩，因为它们可以对特定波长范围内的太阳光作出选择性的透过和反射，从而起到维持室内温度和节能的目的。其中，二氧化钒(VO2)是一类在调光领域很有应用前景的热致变色材料，因为它在68°C附近具有一个金属/半导体相变，即从金红石相转变为单斜相。相变前后二氧化钒的电阻率会发生4~5个数量级的变化，同时其对近红外光的反射率也会发生突变，由于这一特性二氧化钒薄膜被广泛应用在智能玻璃窗上，即可通过感应室内外温度而主动调节玻璃窗的热交换。二氧化钒薄膜通常采用化学法如化学浴法、提拉法以及物理法如磁控溅射法等方法制备。这些方法均涉及前驱物二氧化钒粉体，尤其是物理法的靶材制备原料。现今的二氧化钒粉体制备方法或是采用V2O5气氛还原或是溶液中化学还原法(CN201110024215.3，CN200810202066.3，CN200610125435.4)。这些方法制备过程相对繁琐，有些制备方法还需要添加有机溶剂，最终所得的二氧化钒粉体化学计量比难以控制以及制备量有限。
技术实现思路
面对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种可以简单、快速制备二氧化钒粉体及薄膜的方法。对此，我们使用了一种新的方法，在负压下，利用加热高活性金属，使金属与系统中的氧气反应，从而降低整个系统的氧分压，当氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压时，五氧化二钒就被还原，从而制得二氧化钒。在此，本专利技术提供，将五氧化二钒和高活性金属隔开一定距离地置于具有负压的密闭系统中，分别将所述五氧化二钒和高活性金属加热至不同的温度热处理规定的时间，以使所述密闭系统的中的氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压从而所述五氧化二钒被还原而得到二氧化钒；其中，将所述高活性金属加热至第一温度，将所述五氧化二钒加热至低于所述第一温度的第二温度，受热的高活性金属与所述密闭系统的中氧气反应从而降低所述密闭系统的氧分压进而使所述密闭系统的氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压。本专利技术中，在负压下，利用加热高活性金属，使金属与系统中的氧气反应，从而降低整个系统的氧分压，当氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压时，五氧化二钒就被还原，从而制得了二氧化钒。本专利技术使用两个加热区间，将起还原作用的物质与被还原的五氧化二钒分离，从而可以实现对两者温度的独立控制，而又通过密闭系统整体气压的一致性实现两者的相互作用，达到还原五氧化二钒的目的。本方法可以直接对五氧化二钒粉体和薄膜进行大规模的处理，得到二氧化钒粉体和薄膜。与现有的V2O5气氛还原或是溶液中化学还原法相比，本专利技术步骤简单，产品收集方便，对设备要求低，制备周期短，还原效果更显著，可在低温下得到晶相和粒径可控，形貌可与前驱物五氧化二钒维持一致或接近的二氧化钒粉体和薄膜。较佳地，所述第一温度为600~1500°C，优选为700~1100°C。较佳地，所述第二温度为50~600°C，优选为200~500°C。较佳地，所述规定的时间为0.5~12小时。较佳地，所述负压的压力小于lOOPa，优选为小于IPa。较佳地，所述高活性金属包括锂、镁、铝、钙、镓、锶、铟、钡中一种或任意两种以上的组合。本专利技术中，所述五氧化二钒包括五氧化二钒粉体和五氧化二钒薄膜，其中所述五氧化二钒粉体的微观形态包括球、棒、带、管和不规则多边形中的一种或几种的组合，所述五氧化二钒薄膜包括通过溶胶-凝胶法、丝网印刷法、激光化学气相沉积法、水热结晶法、电泳法、磁控溅射法中的一种或几种的组合制备的五氧化二钒薄膜。本专利技术的有益效果: 在本专利技术中，只需普通的真空系统即可实现二氧化钒粉末和薄膜的大规模制备。本专利技术的有益效果在于，利用高活性金属的辅助降低了整个系统的氧分压，使得对真空系统的要求大大降低；而且将五氧化二钒与高活性金属分开，不仅方便收集样品，而且可以实现对两者温度的独立控制，低温区从而可以有效地控制粉体粒径增大。本专利技术得到的二氧化钒晶相和粒径可控，形貌可`与前驱物五氧化二钒前驱物维持一致或接近。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术一个示例的用于制备二氧化钒的密闭装置的示意图； 图2为本专利技术一个示例的作为原料的五氧化二钒粉体的TEM图； 图3为由图2的五氧化二钒粉体通过本专利技术的方法制得的二氧化钒粉体的TEM图； 图4为本专利技术一个示例的作为原料的五氧化二钒薄膜的SEM图； 图5为由图4的五氧化二钒薄膜通过本专利技术的方法制得的二氧化钒薄膜的SEM图。【具体实施方式】以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术目的在于提供一种简单、快速制备二氧化钒的方法。本专利技术利用高活性金属辅助，使其与系统内的氧气反应，从而降低了整个系统的氧分压，使得对低真空系统的要求大大降低。此外，我们人为地将高活性还原金属与五氧化二钒分置于两个独立的加热区间，一方面有利于样品的收集；另一方面可以独立地控制两者的温度，这样就在将高活性金属加热至高温降低其平衡氧分压的同时，使五氧化二钒处于低温状态，对二氧化钒粒径和晶相的控制更为有利。此外，该方法可用于任意方法制备的五氧化二钒，具有广泛的应用前旦-5^ O本专利技术中所用的原料五氧化二钒可包括五氧化二钒粉体和五氧化二钒薄膜，其中五氧化二钒粉体的微观形态包括球、棒、带、管和不规则多边形中的一种或几种的组合，五氧化二钒薄膜包括通过溶胶-凝胶法、丝网印刷法、激光化学气相沉积法、水热结晶法、电泳法、磁控溅射法中的一种或几种的组合制备的五氧化二钒薄膜。所用的高活性金属包括锂、镁、铝、钙、镓、锶、铟、钡中一种或任意两种以上的组口 ο本专利技术的方法在负压下的密闭容器中进行的，负压的压力范围低于lOOPa，优选低于IPa。所述方法中高活性金属区间的温度可为600~1500°C，优选700~1100°C。本专利技术的方法中五氧化二钒的温度可为50~600°C，优选200~500°C。本专利技术的方法的处理时间可为0.5~12h。制备流程: 1)取高活性金属和五氧化二钒粉末或薄膜分别置于密闭容器中的不同加热区间，抽真空至规定的负压，本专利技术所用的密闭系统的示意图可参见图1所示，其可为密闭式可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双温区还原法制备二氧化钒的方法，其特征在于，所述方法包括：将五氧化二钒和高活性金属隔开一定距离地置于具有负压的密闭系统中，分别将所述五氧化二钒和高活性金属加热至不同的温度热处理规定的时间，以使所述密闭系统的中的氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压从而所述五氧化二钒被还原而得到二氧化钒；其中，将所述高活性金属加热至第一温度，将所述五氧化二钒加热至低于所述第一温度的第二温度，受热的高活性金属与所述密闭系统的中氧气反应从而降低所述密闭系统的氧分压进而使所述密闭系统的氧分压低于五氧化二钒的平衡氧分压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，刘战强，汪宙，
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：上海;31