一种钽掺杂铯钨青铜及其制备方法与应用与流程

本发明涉及钨青铜领域，尤其涉及一种钽掺杂铯钨青铜及其制备方法与应用。

背景技术：

玻璃作为建筑组成不可或缺的一部分，其透明隔热性能被广泛研究。除了对玻璃本身性能的提高以外，科学工作者也在致力于研制一种透明隔热涂层用来降低建筑能耗。透明隔热涂层除了在性能上要达到高可见光透过率和高近红外光屏蔽率以外，还要有价格低廉的优势。目前研究较广泛的透明隔热涂料有：sn掺杂ino3（ito）、sb掺杂sno2（ato）、f掺杂sno2（fto），钨青铜等。其中，钨青铜具有制备方法简单、无毒、价格低廉和透明隔热效果好等优点，在众多透明隔热材料功能粉体中脱颖而出。

目前，双掺杂钨青铜粉体的制备存在着技术的缺陷，仅出现固相合成方法的报道，但固相合成法具有能耗大，所合成粉体杂质多、粒径大等问题。同时，现有技术中存在制备得到的钨青铜粉体在应用在隔热涂料或隔热薄膜中对近红外光屏蔽有限以及可见光的透过率并不理想的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钽掺杂铯钨青铜及其制备方法与应用，旨在解决在应用过程中钨青铜对近红外光屏蔽有限以及可见光的透过率不高的问题。

一种钽掺杂铯钨青铜，其中，所述钽掺杂铯钨青铜的分子式为csxtayw1-yo3，其中0.01≤y≤0.30，0.20≤x≤0.33。

一种钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，包括：

步骤a、将钨酸钠水溶液、氯化钽乙醇溶液、硫酸铵水溶液混合均匀，接着加入稀硝酸溶液使ph<2，形成钨酸溶胶；

步骤b、将氯化铯水溶液加入到所述钨酸溶胶中，搅拌均匀后，加入还原剂，进行水浴搅拌，接着进行水热反应，最后经煅烧得到钽掺杂铯钨青铜。

所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，所述步骤a中，所述钨酸钠水溶液的浓度为0.3~1mol/l，所述氯化钽乙醇溶液的浓度为0.1~0.5mol/l，所述硫酸铵水溶液的浓度为0.5~1mol/l。

所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，所述步骤a中，所述稀硝酸溶液的质量分数为7%~10%。

所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，所述步骤b中，所述水浴搅拌的温度为50~80℃，所述水浴搅拌的时间为0.5~1h。

所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，所述步骤b中，所述水热反应的温度为170~200℃，所述水热反应的时间为24~48h。

所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，所述步骤b中，所述还原剂为乙二醇与水的混合溶液，其中，所述还原剂中乙二醇与水的体积比为1：4。

所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，所述步骤c中，所述煅烧的温度为500~800℃。

所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，所述步骤c中，所述煅烧的时间为2~6h。

一种如上所述钽掺杂铯钨青铜的应用，其中，将所述钽掺杂铯钨青铜应用在隔热涂料或隔热薄膜的制备中。

有益效果：本发明所述钽掺杂铯钨青铜是双掺杂钨青铜粉体，其中所述钽掺杂铯钨青铜的晶体中掺杂元素钽部分取代钨的位置，应用在在隔热涂料或隔热薄膜的制备，使隔热涂料或隔热薄膜具有对近红外光屏蔽率高以及对可见光的透过率高的优点。同时，所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法具有工艺简单、清洁环保的特点。

附图说明

图1为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3纳米粉体的xrd衍射谱图。

图2为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3纳米粉体的sem谱图。

图3为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3纳米粉体的xps谱图。

图4为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3纳米粉体的xps谱图。

图5为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3纳米粉体的eds谱图。

图6为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3纳米粉体的（112）晶面的tem谱图。

图7为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3纳米粉体的（200）晶面的tem谱图。

图8为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.02w0.98o3纳米粉体的xrd谱图。

图9为钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.02w0.98o3纳米粉体的eds谱图。

具体实施方式

本发明提供一种钽掺杂铯钨青铜及其制备方法与应用，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。

一种钽掺杂铯钨青铜，其中，所述钽掺杂铯钨青铜的分子式为csxtayw1-yo3，其中0.01≤y≤0.30，0.20≤x≤0.33。

本发明所述钽掺杂铯钨青铜是双掺杂钨青铜，具体地，是在铯钨青铜的基础上掺杂一种稀土金属钽，其中掺杂元素钽部分取代钨在晶体中的位置。而且所述钽掺杂铯钨青铜可以调节薄膜的微观结构，使得薄膜中的裂纹减少，表面更加均匀，可以使薄膜具有更宽的光谱调制范围，增强对近红外光的吸收和提高可见光的透过。同时，本发明所述钽掺杂铯钨青铜是一种钽掺杂铯钨青铜纳米粉体，所述钽掺杂铯钨青铜纳米粉体为棒状的纳米粉体，进一步提高所述钽掺杂铯钨青铜对近红外光屏蔽率以及对可见光的透过率。

一种钽掺杂铯钨青铜的制备方法，其中，包括：

步骤a、将钨酸钠水溶液、氯化钽乙醇溶液、硫酸铵水溶液混合均匀，接着加入稀硝酸溶液使ph<2，形成钨酸溶胶；

步骤b、将氯化铯水溶液加入到所述钨酸溶胶中，搅拌均匀后，加入还原剂，进行水浴搅拌，接着进行水热反应，最后经煅烧得到钽掺杂铯钨青铜。

采用本发明所述钽掺杂铯钨青铜的制备方法能够实现制备得到分子式为csxtayw1-yo3的钽掺杂铯钨青铜，其中0.01≤y≤0.30，0.20≤x≤0.33。而且，本发明采取水热法合成了钽掺杂铯钨青铜纳米粉体，通过高温煅烧优化了粉体晶相。本发明采用的水热法制备的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体粒径小、结晶性好、透明隔热性能得到提升，且相对于固相合成法，本发明方法更加清洁环保，操作简单，工艺简单；本发明所述制备方法增加了煅烧环节使得操作周期短，容易控制晶体颗粒形貌，具有实用性。

另外，在制备过程中，在形成钨酸溶胶后加入氯化铯，更有利于铯原子掺杂到钨青铜的晶格当中。

优选地，所述步骤c中在所述煅烧前，还包括：水洗处理、醇洗处理及烘干处理。也就是说，在水热反应完成后，将得到的产物进行水洗和醇洗处理，出去产物中的杂质，接着再进行烘干操作。可见，所述水洗处理和醇洗处理能够提高制备得到的钽掺杂铯钨青铜纯度，减少杂质。

优选地，所述步骤a中，所述钨酸钠水溶液的浓度为0.3~1mol/l，所述氯化钽乙醇溶液的浓度为0.1~0.5mol/l，所述硫酸铵水溶液的浓度为0.5~1mol/l。更优选地，所述钨酸钠水溶液的浓度为0.3mol/l，所述氯化钽乙醇溶液的浓度为0.1mol/l，所述硫酸铵水溶液的浓度为0.5mol/l。所述浓度的钨酸钠水溶液、硫酸铵水溶液、氯化钽乙醇溶液的溶液稳定性能较高，有利于获得钨酸溶胶。

优选地，所述步骤a中，所述稀硝酸溶液的质量分数为7%~10%。更优选地，所述稀硝酸溶液的质量分数为7%，有利于保证钨酸溶胶体系的稳定性。

优选地，所述步骤b中，所述水浴搅拌的温度为50~80℃，所述水浴搅拌的时间为0.5~1h。更优选地，所述水浴搅拌的温度为80℃，所述水浴搅拌的时间为1h。本发明通过水浴搅拌可以使反应物充分溶解形成均匀的反应体系，有利于铯原子掺杂到钨青铜的晶格当中。

优选地，所述步骤b中，所述水热反应的水热温度为170~200℃，所述水热反应的时间为24~48h。本发明中当水热反应的水热温度较低如170℃，则会在形成的产品中含有少量杂质；当水热反应的水热温度较高如200℃，则会导致得到的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体团聚较严重。当水热反应的时间较长如48h，则得到的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体产物分散性降低；当水热反应的时间较短如24h，则得到的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体粒径均匀性降低。

优选地，所述步骤b中，所述还原剂为乙二醇与水的混合溶液，其中，所述还原剂中乙二醇与水的体积比为1：4。乙二醇在高温下具有还原特性，乙二醇本身及其反应所得的有机产物 经初步研究表明并没有明显的毒性，从而和目前提倡的绿色化学更为符合。同时，与其他还原剂相比，所述乙二醇与水的混合溶液也能避免反应过程的团聚现象，保证制备得到钽掺杂铯钨青铜纳米粉体的粒径均匀性。

优选地，所述步骤c中，所述煅烧的温度为500~800℃，所述煅烧的时间为2~6h。本发明能通过高温煅烧优化钽掺杂铯钨青铜纳米粉体的晶相，同时所述煅烧的参数能够有利于获得粒径小且均匀性好的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体。

一种如上所述钽掺杂铯钨青铜的应用，其中，将所述掺杂铯钨青铜应用在隔热涂料或隔热薄膜的制备中。将本发明所述掺杂铯钨青铜加入到隔热涂料或隔热薄膜中，能够有效提高产品的对近红外光的屏蔽性能和对可见光的透过性能。

实施例1

称取1.628g钨酸钠超声溶解在去离子水中配成0.3mol/l钨酸钠水溶液，称取0.0179g氯化钽溶解在乙醇溶液中配成0.1mol/l的氯化钽乙醇溶液，将上述两者混合后，加入35ml0.5mol/l的硫酸铵水溶液混合均匀，得到混合液；将7%的硝酸溶液加入到上述混合液中，控制其ph<2，使上述溶液形成钨酸溶胶；称取氯化铯0.278g溶解在去离子水中充分搅拌，与钨酸溶胶混合均匀后加入还原剂乙二醇与水的混合溶液，80℃水浴搅拌1h后，之后在聚四氟乙烯内衬的反应釜中200℃进行水热反应48h，水洗、醇洗和烘干处理后在氩气气氛下600℃煅烧2h，得到cs0.33ta0.01w0.99o3钽掺杂铯钨青铜纳米粉体。

采用x-射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、x射线光电子能谱仪和透射电镜对所获钽掺杂铯钨青铜纳米粉体进行了表征。

图1为本实施所获得的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3的xrd衍射谱图，从中可以看到所制备的晶体结晶度较好，衍射峰符合标准卡(标准卡pdf#83-1334的xrd衍射峰在cs0.33ta0.01w0.99o3的xrd衍射峰的下方)；图2为本实施所获得的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3的sem谱图，从图2中可以看出所形成的纳米粉体为棒状；图3和图4为本实施所获得的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3的xps能谱，从图中可以看出钽与钨的价态组成；图5为本实施所获得的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3的eds谱图，从图中可以看出钽元素存在于纳米粉体的晶相当中；图6和图7为本实施所获得的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.01w0.99o3的tem谱图，从图中可以看出纳米晶体沿着（112）晶面和（200）晶面生长。

实施例2

称取1.616g钨酸钠超声溶解在去离子水中配成0.3mol/l钨酸钠水溶液，称取0.0358g氯化钽溶解在乙醇溶液中配成0.1mol/l的氯化钽乙醇溶液，将上述两者混合后，加入35ml0.5mol/l的硫酸铵水溶液混合均匀得到混合液；将7%的硝酸溶液加入到上述混合液中，控制其ph<2，使上述溶液形成钨酸溶胶；称取氯化铯0.278g溶解在去离子水中充分搅拌，与钨酸溶胶混合均匀后加入还原剂乙二醇与水的混合溶液，80℃水浴搅拌1h后，放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中200℃进行水热反应48h，水洗、醇洗和烘干处理后在氩气气氛下600℃煅烧2h，得到钽掺杂铯钨青铜纳米粉体。

采用x-射线衍射仪、能谱仪对所获钽掺杂铯钨青铜纳米粉体进行了表征。

图7（标准卡pdf#83-1334的衍射峰在cs0.33ta0.02w0.98o3的xrd衍射峰的下方）和图8分别为本实施所获得的钽掺杂铯钨青铜纳米粉体cs0.33ta0.02w0.98o3的xrd谱图和eds谱图，从图中可以看出钽元素的存在并且钽掺杂之后不改变晶体的晶相。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。