一种二氧化钒薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功能材料制备领域，尤其涉及一种二氧化钒薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于温室气体排放的日益严重，节能减排逐渐成为各国发展的共同目标。“十二五”期间，中国将把大幅度降低能源消耗强度、二氧化碳排放强度和主要污染物的排放总量作为重要的约束性指标。建筑耗能尤为突出，而且占建筑总面积13%的玻璃材料，散热达到了 70%，其中普通玻璃对红外和紫外的隔热效果表现不佳。二氧化钒(VO2)在68°C左右可发生半导体-金属的一级可逆相变，从低温的单斜结构变化到高温的四方结构，升温相变前后其可见光透过率变化不大，但是红外透过率下降可达50%以上。
[0003]现有制备二氧化钒薄膜的方法多为溶胶凝胶法，化学气相沉积法，磁控溅射法以及真空镀膜法等，但这些方法存在不同的缺点，如:溶胶凝胶法制备二氧化钒薄膜时，在涂膜过程中由于涂膜物质的挥发和收缩经常会出现气泡，裂缝，薄厚不均，甚至脱落等现象。化学气相沉淀法存在设备工艺要求较高，不易于进行大规模工业化生产等缺点。磁控溅射法存在对靶材(如纯度，表面光滑度，导电性等)要求较高，设备投入大等缺点。真空蒸镀法则存在制备工艺较为复杂，仪器要求较高，不能进行工业化生产等缺点。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0005]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二氧化钒薄膜及其制备方法，旨在解决现有技术制备的薄膜厚度不均匀，薄膜脱落，工艺复杂及不宜工业化生产的问题。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种二氧化钒薄膜的制备方法，其中，包括步骤:
A、制备二氧化钒溶液；
B、称取一定量的聚乙烯醇加入至去离子水中，然后在80-90°C条件下加热溶解，得到聚乙烯醇水溶液，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量浓度为2~30% ；
C、将制备的二氧化钒溶液与聚乙烯醇水溶液按质量比为1:1-10混合，得到静电纺丝液；
D、将上述静电纺丝液盛装在静电纺丝装置中进行静电纺丝，制得二氧化钒薄膜。
[0007]所述二氧化钒薄膜的制备方法，其中，所述步骤A具体包括:
Al、将V2O5粉末与浓盐酸按物质的量比1:5~7进行混合，然后在80-90°C下搅拌反应，得到透明绿色溶液；
A2、在所得透明绿色溶液中加入甲醛继续反应，得到透明宝蓝色溶液，所述甲醛与步骤Al中V2O5粉末的质量比为1:90~110 ；
A3、最后将透明宝蓝色溶液中盐酸蒸出，得到二氧化钒溶液。
[0008]所述二氧化钒薄膜的制备方法，其中，所述步骤D具体包括:
D1、将上述静电纺丝液盛装在静电纺丝装置的高压容器中；铜金属导线作为电极，接收装置为金属网和与金属网相连的娃片，控制电压为8-20kV，接收距离为10-25cm ；
D2、开启静电纺丝装置进行静电纺丝，在接收装置的硅片上形成二氧化钒薄膜。
[0009]所述二氧化钒薄膜的制备方法，其中，所述步骤B中，所述聚乙烯醇的分子量为1000?100000。
[0010]所述二氧化钒薄膜的制备方法，其中，所述步骤B中，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量浓度为5~15%。
[0011]所述二氧化钒薄膜的制备方法，其中，所述步骤C中，制备的二氧化钒溶液与聚乙烯醇水溶液按质量比1:4~8混合。
[0012]所述二氧化钒薄膜的制备方法，其中，所述步骤Dl中，控制电压为10_15kV。
[0013]所述二氧化钒薄膜的制备方法，其中，所述步骤Dl中，接收距离为15-20cm。
[0014]一种二氧化钒薄膜，其中，应用如上任一所述二氧化钒薄膜的制备方法制备而成。
[0015]有益效果:本发明通过制备二氧化钒溶液和聚乙烯醇水溶液，然后将制备的二氧化钒溶液和聚乙烯醇水溶液混合制得静电纺丝液，再将配制好的静电纺丝液在静电纺丝装置中进行静电纺丝，形成二氧化钒薄膜。采用本发明静电纺丝法获得的二氧化钒薄膜具有高比表面积，薄膜均匀密实，结构可控，且获得的薄膜为纳米纤维状薄膜。
【附图说明】
[0016]图1为本发明一种二氧化钒薄膜的制备方法较佳实施例的流程图。
[0017]图2为图1所示方法中步骤SlOO的具体流程图。
[0018]图3为图1所示方法中步骤S400的具体流程图。
[0019]图4为实施例1中所制备产物的电导率与温度变化的关系图。
[0020]图5为实施例1所制备产物的XRD图。
[0021]图6为实施例1所制备产物的SEM图。
[0022]图7为实施例2所制备产物的SEM图。
[0023]图8为实施例3所制备产物的SEM图。
[0024]图9为实施例4所制备产物的SEM图。
【具体实施方式】
[0025]本发明提供一种二氧化钒薄膜及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]请参阅图1，图1为本发明一种二氧化钒薄膜的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤:
S100、制备二氧化钒溶液；
S200、称取一定量的聚乙烯醇加入至去离子水中，然后在80-90°C条件下加热溶解，得到聚乙烯醇水溶液，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量浓度为2~30% ；
S300、将制备的二氧化钒溶液与聚乙烯醇水溶液按质量比为1:1~10混合，得到静电纺丝液；
5400、将上述静电纺丝液盛装在静电纺丝装置中进行静电纺丝，制得二氧化钒薄膜。
[0027]本发明预先制备二氧化钒溶液和聚乙烯醇水溶液，然后将制备的二氧化钒溶液和聚乙烯醇水溶液混合制得静电纺丝液，再将配制好的静电纺丝液在静电纺丝装置中进行静电纺丝，形成静电纺丝二氧化钒薄膜。与现有溶胶凝胶法，化学气相沉积法，磁控溅射法或真空镀膜法等制备二氧化钒薄膜相比，采用本发明静电纺丝法获得的二氧化钒薄膜具有高比表面积，薄膜均匀密实，结构可控，且获得的薄膜为纳米纤维状薄膜。另外，本发明方法具有工艺简单，污染少，节约能源，生产成本低和可大规模制膜等优点。
[0028]具体地，如图2所示，所述步骤SlOO具体包括:
S101、将V2O5粉末与浓盐酸按物质的量比1: 5~7进行混合，然后在80-90°C下搅拌反应，得到透明绿色溶液；
所述步骤SlOl中，所述浓盐酸的质量浓度为37.5%，所述浓盐酸作为还原剂将V2O5粉末进行还原。具体地，反应时控制反应温度在80-90°C范围内，利于V2O5粉末被还原为VO 2。这是因为，反应温度过高，还原得到的￥02很容易被氧化，而反应温度过低时，V 205粉末又不易被还原。优选地，在85°C下进行反应，获得的VO2S液产率更高。
[0029]S102、在所得透明绿色溶液中加入甲醛继续反应，得到透明宝蓝色溶液，所述甲醛与步骤SlOl中V2O5粉末的质量比为1: 90-110 ;本发明加入甲醛至步骤SlOl中所得的透明绿色溶液中继续反应，目的在于进一步将V2O5粉末还原为VO 2。
[0030]S103、最后将透明宝蓝色溶液中盐酸蒸出，得到二氧化钒溶液。
[0031]所述步骤S200中，称取一定量的聚乙烯醇加入至去离子水中，然后在80_90°C条件下缓慢加热并不断搅拌将其溶解，得到聚乙烯醇水溶液。本发明中采用缓慢加热并不断搅拌有利于聚乙烯醇的溶解，从而得到分散性较好，均匀透明的聚乙烯醇水溶液。另外，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量浓度为2~30%，优选地，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量浓度为5~15%，以确保聚乙烯醇水溶液的粘度适中，而聚乙烯醇的质量浓度过大时，聚乙烯醇水溶液的粘度会过大，并易发生团聚，从而不利于后续二氧化钒薄膜的制备。本发明中所述聚乙烯醇的分子量为1000~100000，聚乙醇水溶液的粘度和聚乙烯醇的分子量同样有着直接的关系，聚乙烯醇的分子量越大时，聚乙烯醇水溶液的粘度也会越高，且聚乙烯醇分子量过大时，易导致溶液分散不均匀。优选地，本发明所述聚乙烯醇的分子量为1000-50000,以获得粘度适中，分散性较好的聚乙烯醇水溶液。
[0032]聚乙烯醇水溶液具有一定的粘度，当聚乙烯醇水溶液加入至二氧化钒溶液中时，聚乙烯醇水溶液与二氧化钒溶液能较好的粘接在一起，从而有利于二氧化钒薄膜的形成。本发明二氧化钒薄膜的性能可通过聚乙烯醇水溶液的用量来调节。优选地，所述步骤S300中，制备的二氧化钒溶液与聚乙烯醇水溶液按质量比1:4~8混合，以获得硬度适中，连续密实的薄膜。
[0033]具体地，如图3所示，所述步骤S400具体包括:
5401、将上述静电纺丝液盛装在静电纺丝装置的高压容器中；铜金属导线作为电极，接收装置为金属网和与金属网相连的娃片，控制电压为8-20kV，接收距离为10-25cm ；
5402、开启静电纺丝装置进行静电纺丝，在接收装置的硅片上形成二氧化钒薄膜。
[0034]静电纺丝法是一种利用高压电场和静电场力对聚合物溶液或熔体进行拉伸而成纳米级纤维的一种纺丝方法。具体静电纺丝的原理是:首先将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速