在硅衬底上复合带状VO₂纳米花结构的相变材料及制备方法

专利名称：在硅衬底上复合带状VO₂纳米花结构的相变材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及光电子材料、半导体材料与器件技术领域，具体地说是一种在硅衬底 上复合带状V02纳米花结构的相变材料及其制备方法。
背景技术：
V02是一种热致相变化合物，单晶状态下，在温度约68°C附近，会呈现出明显的金 属-半导体相变特点。当温度低于68°C时，V02处于半导体态，为单斜晶系结构；当温度高 于68°C时，V02转变为金属态，具有四方金红石结构，而且相变非常迅速。伴随着相变的发生，它的许多物理性质，如折射率n、反射率R以及电阻率等均发 生突变，其中电阻率的变化幅值更是可以高达104量级，利用它的这些特点，vo2被广泛应用 于电开关和光开关器件。作为功能材料，它在温度传感、光存储、可变反射率镜、激光防护和 智能窗等领域有广泛应用前景。近来，人们利用各种方法(溶液法，溶胶凝胶法，热蒸发法等)制备出了各种不同 的V02薄膜和一维vo2纳米结构，例如，纳米线，纳米带，纳米棒等，并对这些纳米结构的相变 特性进行了研究。如麦立强等在Nano Letters上报道的采用水热法制备米线，Guicim Li等在Inorganic Chemistry上报道的采用水热法制备V02纳米带。但是，上述的纳米线，纳米带，纳米棒等，均为一维V02纳米结构，因此，在实际使用 时，还不能满足有关领域的需要，也难以应用于大规模的工业化生产，且反应条件苛刻，生 产成本高昂。

发明内容
本发明的目的之一在于提供一种在硅衬底上复合带状V02纳米花结构的相变材 料，以克服现有技术存在的上述缺陷。本发明的第二个目的在于提供上述材料的制备方法，以便于工业化生产。本发明的目的是这样实现的一种在硅衬底上复合带状V02纳米花结构的相变材料，包括硅衬底和生长在衬底 上的vo2晶体，所述vo2晶体沿垂直于硅衬底方向生长，且所述vo2晶体为带状纳米花结构， 由纳米带定向生成，纳米花结构的直径为10 ISiim。所述带状vo2纳米花结构指的是，在所述vo2晶体的表面具有向外伸展的纳米带， 纳米带的宽度为100 700nm。所述的在硅衬底上复合带状vo2纳米花结构的相变材料的制备方法，包括以下步 骤将偏钒酸铵(NH4V03)加入草酸(C2H204)水溶液，然后将硅片浸渍于所述的水溶液 中，在密闭状态下，150 180°C反应24 36小时，自然冷却至18 25°C，得到所述的在硅 衬底上复合带状V02纳米花结构的相变材料。
所述草酸(C2H204)水溶液的浓度为0. 0075 0. 0125g/ml。偏钒酸铵与草酸的重量比为偏钒酸铵草酸=1 0. 4 1 1. 1。本发明与现有技术相比，具有结构新颖，制备过程简单，生产成本低，可重复性高 等优点，可结合目前成熟的半导体硅集成电路工艺，适合于集成纳米光电子器件的发展。本 发明制备的材料作为Li电池的阴极材料具有很好的充放电性能和循环伏安性能，材料充 放电稳定，可重复使用。本发明具有成本低，生长条件简单，重复性高，安全等优点，适合于 大规模工业化生产。


图1为本发明实施例1所得材料的X射线衍射2为本发明实施例1所得材料的SEM3为本发明实施例1所得材料放大倍数的SEM4为本发明实施例1所得材料单个带状V02纳米花结构的SEM5为本发明实施例2所得材料单个带状V02纳米花结构的SEM图
图6为本发明实施例3所得材料单个带状V02纳米花结构的SEM图
具体实施例方式实施例1(a)、将0. 38g草酸(C2H204)粉末溶于40ml水中，用磁力搅拌器搅拌，粉末全部溶 解后，在溶液中加入0.4g偏钒酸铵(NH4V03)粉末，继续搅拌，形成橘黄色溶液。(b)先将清洗干净的硅片放入高压釜中，再将上述的溶液倒入50ml的高压釜，将 高压釜密封好后，放入鼓风干燥箱，在160°C温度下保持反应24小时，自然降温至室温，即 制得在硅片上复合带状V02纳米花结构的相变材料。所述V02晶体为带状V02纳米花结构，由纳米带定向生成，带状V02纳米花结构直 径为llum，所述纳米带宽度为lOOnm。带状V02纳米花结构的X射线衍射图见图1，带状V02纳米花结构的SEM图见图2， 带状V02纳米花结构的放大倍数的SEM图见图3，单个的带状V02纳米花结构的SEM图见图4。实施例2(a)将0. 4g草酸(C2H204)粉末溶于40ml水中，用磁力搅拌器搅拌，粉末全部溶解 后，在溶液中加入0. 3g偏钒酸铵(NH4V03)粉末，继续搅拌，形成橘黄色溶液。(b)在硅片上生长带状V02纳米花结构先将清洗干净的硅片放入高压釜中，再将 上述的溶液倒入50ml的高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在160°C温度下保持 反应24小时，自然降温至室温，即制得在硅片上复合带状V02纳米花结构的相变材料。所述V02晶体为带状V02纳米花结构，由纳米带定向生成，带状V02纳米花结构的 直径为12 iim，所述纳米带的宽度为200nm。其X射线衍射图与实施例1基本相似，单个带状V02纳米花结构的SEM图见图5。实施例3(a)将0. 45草酸(C2H204)粉末溶于40ml水中，用磁力搅拌器搅拌，粉末全部溶解后，在溶液中加入0. 5g偏钒酸铵(NH4V03)粉末，继续搅拌，形成浅黄色溶液。(b)在硅片上生长带状V02纳米花结构先将清洗干净的硅片放入高压釜中，再将 上述的溶液倒入50ml的高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在180°C温度下保持 反应36小时，自然降温至室温，即制得在硅片上复合带状V02纳米花结构的相变材料。所述V02晶体为带状V02纳米花结构，由纳米带定向生成，带状V02纳米花结构的 直径为18 u m,所述纳米带的宽度700nm。其X射线衍射图与实施例1基本相似，带状V02纳米花结构的SEM图见图6。
权利要求
一种在硅衬底上复合带状VO2纳米花结构的相变材料，其特征在于该材料包括硅衬底和生长在所述衬底上的VO2晶体，其VO2晶体沿垂直于硅衬底方向生长、为带状纳米花结构并由纳米带定向生成。
2.根据权利要求1所述的相变材料，其特征在于纳米花直径为10 18y m ；纳米带宽 度为100 700nm。
3.—种权利要求1所述材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤将偏钒酸铵加入草酸水溶液，将硅衬底浸渍于所述的水溶液中，在密闭状态下，150 180°C反应24 36小时，自然冷却至18 25°C，得到在硅衬底上复合带状V02纳米花结构 的相变材料；其中所述草酸水溶液的浓度为0. 0075 0. 0125g/ml ；偏钒酸铵与草酸的重 量比为偏钒酸铵草酸=1 0. 7 1 1. 1。
全文摘要
本发明公开了一种在硅衬底上复合带状VO2纳米花结构的相变材料及其制备方法，其材料包括硅衬底和生长在硅衬底上的VO2晶体，所述VO2晶体沿垂直于硅衬底方向生长、为带状纳米花结构并由纳米带定向生成；制备方法是将偏钒酸铵加入草酸水溶液，然后将硅片浸渍于所述的水溶液中，在密闭状态下，150～180℃反应24～36小时，自然冷却至18～25℃，得到所述相变材料。本发明制备的材料作为Li电池的阴极材料具有很好的充放电性能和循环伏安性能，材料充放电稳定，可重复使用。本发明具有成本低，生长条件简单，重复性高，安全等优点，适合于大规模工业化生产。
文档编号C01G31/02GK101891250SQ20101021206
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者倪娟, 朱自强, 蒋雯陶, 郁可 申请人:华东师范大学